無人機空域綜合飛行安全管控演示驗證平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無人機空域態(tài)勢構(gòu)建及系統(tǒng)飛行安全管控能效評估方法，屬于航空技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機空域綜合的內(nèi)涵是指無人機系統(tǒng)成為國家空域中的一個節(jié)點，像有人機一樣的使用空域，無需額外限制實現(xiàn)多無人機、無人機/有人機空中有序、高效、安全的飛行管控。
[0003]無人機態(tài)勢感知與避讓技術(shù)是保障空域綜合下無人機飛行安全的核心技術(shù)手段。該技術(shù)包含地基感知與避讓技術(shù)和機載感知與避讓技術(shù)兩部分。地基感知與避讓技術(shù)通過與空中交通管制中心空情信息的交互，多機多站間的互操作，使空管部門對無人機“看得見、通得話、管得住”，真正行使起對無人機的管制權(quán);機載感知與避讓技術(shù)提供機載設(shè)備自主間隔保持和碰撞避免能力，從而保證合適的無人機飛行安全等級。該技術(shù)預(yù)期通過協(xié)同數(shù)據(jù)鏈和主動探測傳感器監(jiān)視附近空域其他飛機，預(yù)測其運行軌跡，并將其與本機的位置信息實時迭代入基于本機氣動特性的自主避讓模型，從而為無人機地面指揮人員提供安全間隔保障信息，并在可能產(chǎn)生碰撞危險時，執(zhí)行主動機動避讓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種無人機空域綜合的飛行安全管控演示驗證平臺，通過建立若干無人機典型運行場景，利用人在回路的仿真運行，驗證系統(tǒng)在不同應(yīng)用架構(gòu)下的運行品質(zhì)，分析關(guān)鍵性能參數(shù)變化對系統(tǒng)運行能效影響，支撐系統(tǒng)為達(dá)到最終需求指標(biāo)而進行的架構(gòu)設(shè)計、性能參數(shù)不斷迭代優(yōu)化，為技術(shù)最終轉(zhuǎn)化為可保障無人機全天候安全飛行的態(tài)勢感知與威脅避讓裝備奠定基礎(chǔ)。
[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種無人機空域綜合飛行安全管控演示驗證平臺，包括建模單元、仿真單元和空域態(tài)勢顯示單元；
[0007]所述建模單元用于依據(jù)不同飛行場景建模需求，通過基于時刻的軌跡規(guī)劃構(gòu)建本機運行軌跡的空域態(tài)勢和它機運行軌跡的空域態(tài)勢并發(fā)送給仿真單元和空域態(tài)勢顯示單元;還用于將仿真單元提取的待評估系統(tǒng)的本機飛行參數(shù)信息、它機飛行參數(shù)信息發(fā)送給空域態(tài)勢顯示單元；
[0008]所述仿真單元包含空域狀態(tài)信息解析模塊、空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊、本機狀態(tài)信息解析模塊和被測系統(tǒng)運行低頻信息激勵模塊；
[0009]所述空域狀態(tài)信息解析模塊用于對建模單元輸出的它機運行軌跡的空域態(tài)勢進行解析生成它機載機參數(shù)信息和空管射頻信號后通過所述空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊發(fā)射給待評估系統(tǒng)，同時對所述空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊接收的待評估系統(tǒng)輸出的信號進行解析提取它機飛行參數(shù)信息回傳至建模單元；
[0010]所述本機狀態(tài)信息解析模塊用于對建模單元輸出的本機運行軌跡的空域態(tài)勢進行解析后生成本機載機參數(shù)信息通過所述被測系統(tǒng)運行低頻信息激勵模塊發(fā)送給測試系統(tǒng)，同時對所述被測系統(tǒng)運行低頻信息激勵模塊接收的待評估系統(tǒng)輸出的信號進行解析提取本機飛行參數(shù)信息回傳至建模單元；
[0011]所述空域態(tài)勢顯示單元用于接收建模單元輸出的本機運行軌跡的空域態(tài)勢和它機運行軌跡的空域態(tài)勢、本機飛行參數(shù)信息、它機飛行參數(shù)信息，從多種角度對空域態(tài)勢及本機運彳丁情況進彳丁顯不，完成對待評估系統(tǒng)的評估。
[0012]依據(jù)上述特征，所述建模單元通過提供供使用者輸入建模參數(shù)信息的顯示界面，根據(jù)輸入的建模參數(shù)信息后進行手動配置構(gòu)建本機運行軌跡的空域態(tài)勢和它機運行軌跡的空域態(tài)勢。
[0013]依據(jù)上述特征，所述建模參數(shù)信息包含:
[0014]1)本機S模式設(shè)置；
[0015]2)本機飛行標(biāo)識設(shè)置；
[0016]3)本機運行狀態(tài)設(shè)置；
[0017]4)基于時刻的本機經(jīng)瑋度設(shè)置；
[0018]5)基于時刻的本機無線電高度設(shè)置；
[0019]6)基于時刻的本機氣壓高度設(shè)置；
[0020]7)它機類型設(shè)置；
[0021]8)它機S模式設(shè)置；
[0022]9)它機空管信發(fā)射功率設(shè)置；
[0023]10)它機飛行標(biāo)識設(shè)置；
[0024]11)基于時刻的它機經(jīng)瑋度設(shè)置；
[0025]12)基于時刻的它機無線電高度設(shè)置；
[0026]13)基于時刻的它機氣壓高度設(shè)置。
[0027]依據(jù)上述特征，所述建模單元根據(jù)所述建模參數(shù)信息通過以下計算完成本機運行軌跡的空域態(tài)勢的建模:
[0028]1)基于時刻的本機垂直速度計算；
[0029 ] 2)基于時刻的本機航向計算；
[0030]3)基于時刻的本機地速計算；
[0031]通過以下計算完成它機運行軌跡的空域態(tài)勢的建模:
[0032]1)基于時刻的它機垂直速度計算；
[0033]2)基于時刻的它機航向計算；
[0034]3)基于時刻的它機地速計算；
[0035]4)基于時刻的它機相對與本機的距離計算；
[0036]5)基于時刻的它機相對與本機的方位計算。
[0037]依據(jù)上述特征，所述本機載機參數(shù)信息包含本機的無線電高度、氣壓高度、經(jīng)瑋度，所述它機載機參數(shù)信息包含它機的無線電高度、氣壓高度、經(jīng)瑋度。
[0038]依據(jù)上述特征，所述被測系統(tǒng)運行低頻信息激勵模塊通過ARINC429總線、RS422總線或者I/o總線與待評估系統(tǒng)相連。
[0039]依據(jù)上述特征，所述空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊通過內(nèi)部總線與待評估系統(tǒng)相連。
[0040]依據(jù)上述特征，所述多種角度包含鷹眼、跟隨、第一人稱。
[0041]本方案可實現(xiàn)典型場景下的實時多模空管射頻信號模擬，提供基于被測系統(tǒng)接口的載機參數(shù)輸出實時配置，提供任意可配置的基于運行環(huán)境的ARINC429、RS422、I/0等載機運行參數(shù)信號和它機實時射頻空管信號，并通過3D空域態(tài)勢評估分析驗證系統(tǒng)運行品質(zhì)。摒棄了傳統(tǒng)著眼于性能指標(biāo)的測試驗證，有益于系統(tǒng)在多任務(wù)環(huán)境下的運行能效評估。
【附圖說明】
[0042]圖1是無人機空域綜合飛行安全管控演示驗證平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2是本發(fā)明中仿真單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3是本發(fā)明中仿真單元的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖4是無人機空域綜合飛行安全管控演示驗證平臺軟件架構(gòu)圖；
[0046]圖5是本發(fā)明中建模單元的軟件配置界面；
[0047]圖6是本發(fā)明中空域態(tài)勢顯示單元的軟件顯示界面圖。
【具體實施方式】
[0048]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步詳細(xì)闡述本發(fā)明。
[0049]無人機空域綜合飛行安全管控演示驗證平臺包括下列組成單元:
[0050]a)建模單元；
[0051]b)仿真單元；
[0052]c)空域態(tài)勢顯示單元；
[0053]各組成單元及配套關(guān)系如圖1所示。
[0054]建模單元依據(jù)不同典型飛行場景建模需求，通過基于時刻的軌跡規(guī)劃構(gòu)建本機運行軌跡的空域態(tài)勢和多架次、多類型空域的它機運行軌跡的空域態(tài)勢。
[0055]建模單元是基于上位機開發(fā)的軟件平臺，其開發(fā)軟件的顯示界面如圖5所示，該界面中可以對本機、它機(入侵機)的機型、時間、S模式地址、飛機標(biāo)識、飛行狀態(tài)等等參數(shù)進行手動配置，從而實現(xiàn)基于預(yù)設(shè)時間的本機/它機飛行軌跡規(guī)劃，并在右側(cè)顯示界面中全景展示整個空域配置態(tài)勢信息，其具體功能包括:
[0056]1)基于時刻的本機運行軌跡規(guī)劃
[0057]a)本機S模式設(shè)置
[0058]b)本機飛行標(biāo)識設(shè)置
[0059]c)本機運行狀態(tài)設(shè)置(正常工作/無線電靜默)
[0060]d)基于時刻的本機經(jīng)瑋度設(shè)置
[0061]e)基于時刻的本機無線電高度設(shè)置
[0062]f)基于時刻的本機氣壓高度設(shè)置
[0063]g)基于時刻的本機垂直速度計算
[0064]h)基于時刻的本機航向計算
[0065]i)基于時刻的本機地速計算
[0066]2)基于時刻的它機運行軌跡規(guī)劃
[0067]6)它機類型設(shè)置(ADS-B/S模式/ADS-B+S模式)
[0068]7)它機S模式設(shè)置
[0069]8)它機空管信發(fā)射功率設(shè)置
[0070]9)它機飛行標(biāo)識設(shè)置
[0071]10)基于時刻的它機經(jīng)瑋度設(shè)置
[0072]11)基于時刻的它機無線電高度設(shè)置
[0073]12)基于時刻的它機氣壓高度設(shè)置
[0074]13)基于時刻的它機垂直速度計算
[0075]14)基于時刻的它機航向計算
[0076]15)基于時刻的它機地速計算
[0077]16)基于時刻的它機相對與本機的距離計算
[0078]17)基于時刻的它機相對與本機的方位計算
[0079]3)全景展示無人機空管態(tài)勢感知與規(guī)避系統(tǒng)運行環(huán)境的建模情況。
[0080]仿真單元是基于3U機箱的硬件平臺，主要由空域狀態(tài)信息解析模塊、空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊、本機狀態(tài)信息解析模塊、被測系統(tǒng)運行低頻信息激勵模塊組成，如圖2所示，其外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。
[0081]空域狀態(tài)信息解析模塊通過網(wǎng)口協(xié)議接收建模單元輸出的它機運行軌跡的態(tài)勢信息并解析，按照標(biāo)準(zhǔn)格式組幀形成實時的它機位置、速度等它機載機參數(shù)信息以及空管射頻信號驅(qū)動空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊發(fā)射，對空域它機空管射頻信號仿真接收/發(fā)射模塊接收的待評估系統(tǒng)的射頻輸入信號進行解析提供它機飛行參數(shù)信息送至建模單元(上位機)解析顯示。
[0082]如果構(gòu)建的它機類型為S模式它機，則空域狀態(tài)信息解析模塊接收本機的詢問信號，并根據(jù)場景建模中兩機的實時距離，延遲對應(yīng)的時間模擬產(chǎn)生針對該次詢問的應(yīng)答信號;如果構(gòu)建的它機類型為ADS-B模式它機，則空域狀態(tài)信息解析模塊根據(jù)場景建模中該機的ADS-B相關(guān)信息生成符合標(biāo)準(zhǔn)的空中位置ES、空中速度ES、地面位置ES、飛行標(biāo)識ES等