收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

面向无人机集群的组网仿真系统研究与实现

黄阳  
【摘要】:随着无人机技术的迅猛发展,其任务应用场景也越来越复杂,单一的无人机平台在功能、效率和可靠性等方面已无法满足日益增长的需求,无人机系统已经逐步从单一执行任务模式朝着集群化的方向发展。但是,无人机集群带来巨大性能提升的同时,也为其控制、网络等技术的研发、测试和实际部署等带来了新的挑战。在这种情况下,搭建真实的无人机场景来对各项指标进行评估无疑会造成难度大、成本高且耗时长的问题,而建立合适的仿真平台则是一种行之有效的方法。但对于无人机集群的建模仿真,需要有效认识到集群中无人机系统及其通信网络各自的特点,而现有的仿真平台并不能同时捕获两者的相互依赖性。一方面,针对于无人机建模的模拟器(如Gazebo,SITL)无法对其底层飞行自组网的时延、丢包等网络特性进行刻画;另一方面,针对网络的模拟器(如NS3,OPNET)无法对无人机节点及其运动进行细致的建模。因此,本文基于当前背景技术,首先研究了集群中无人机系统及其通信网络的特征,分析其对于协同组网仿真的需求以及关键性问题,并借助物理信息系统和离散事件规范理论从形式上证明了联合仿真的可行性。然后基于Gazebo、Ardupilot-Sitl和NS3实现集群组网协同仿真框架,分层设计解决实际场景的模拟需求。在仿真框架中,无人机模拟端通过软件在环捕捉无人机的动力学建模和飞行控制设计,网络模拟端对飞行移动自组网进行仿真,并建立无人机节点和网络通信节点的一一对应关系,通过ZMQ消息中间件引入中间层处理分布式环境下数据流的过滤和转发,保留往返于无人机系统的数据路径,提高仿真平台的扩展性。同时,为解决协同仿真中各组件在数据交互时由于时钟不统一而带来的时间同步问题,本文将在传统的主从式和全局事件的同步基础上,划分仿真交互数据的任务级别,从而优化协同仿真的同步周期,实现了变步长的时间同步算法,保证了联合仿真的可行性,并一定程度上提高了仿真效率。最后,将对协同组网仿真平台的性能进行测试分析,并基于协同仿真平台对无人机集群的典型案例进行模拟实验,包括无人机编队问题和飞行自组网的路由协议。实验表明,面向无人机集群的组网仿真平台能够有效捕捉无人机的运动特性和集群飞行自组网的网络特性,展示出它对无人机集群较强的模拟能力,为进一步推动无人机集群技术的发展提供了一个多尺度、多功能的人机交互环境,同时也为协同仿真技术发展进步有着积极的推动作用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 王泊涵;吴婷钰;李文浩;黄达;金博;杨峰;周爱民;王祥丰;;基于多智能体强化学习的大规模无人机集群对抗[J];系统仿真学报;2021年08期
2 苏梅梅;程咏梅;胡劲文;赵春晖;贾彩娟;徐钊;张剑锋;;基于改进蚁群算法的无人机集群任务分配和路径规划联合优化[J];无人系统技术;2021年04期
3 刘树光;刘荣华;王欢;张博洋;;国外无人机集群协同控制技术新进展[J];飞航导弹;2021年08期
4 杨春宁;杜黎明;李春;;未知区域无人机协同搜索方法及效率分析[J];航空科学技术;2019年10期
5 沈林成;王祥科;朱华勇;付钰;刘欢;;基于拟态物理法的无人机集群与重构控制[J];中国科学:技术科学;2017年03期
6 景晓年;梁晓龙;孙强;张佳强;;基于规则的无人机集群运动控制[J];计算机仿真;2016年09期
7 刘莎;张硕;刘禄;;基于动态非零和博弈的无人机集群协同对抗方法研究[J];航空科学技术;2022年02期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 袁远;;无人机在应急领域的应用与前景[A];第三十二届中国(天津)2018’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2018年
2 吕浩;马进朝;;浅谈无人机侦测与反制技术[A];第十五届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2018年
3 刘佳;李东宸;包文卓;;分布式动力増升技术在舰载无人机上的应用研究[A];2019年全国工业流体力学会议摘要集[C];2019年
4 杨忠清;;复合材料在无人机的应用与展望[A];复合材料产业链发展研讨会暨江苏省硅酸盐学会玻纤玻钢专委会2017年会会议资料[C];2017年
5 刘育;孙见忠;李航;;民用无人机的监管与规范探讨[A];2017年(第三届)中国航空科学技术大会论文集(增刊)[C];2017年
6 梁峥峥;罗贺;朱默宁;牛艳秋;方向;;风影响下的多无人机协同任务分配模型[A];第十九届中国管理科学学术年会论文集[C];2017年
7 周彬;李研博;王建礼;夏明;;一种小型货运无人机的设计与优化[A];探索 创新 交流(第7集)——第七届中国航空学会青年科技论坛文集(下册)[C];2016年
8 刘帅;何跃龙;李盾;;舰船流场干扰下无人机气动特性研究[A];第九届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2016年
9 ;中国无人机行业研究报告简版2016年[A];艾瑞咨询系列研究报告(2016年第5期)[C];2016年
10 ;小型民用无人机行业研究报告[A];艾瑞咨询系列研究报告(2015年第3期)[C];2015年
11 蒋丰亦;张锋烽;;面向有人无人协同的无人机空管态势感知与规避技术研究[A];2015年第二届中国航空科学技术大会论文集[C];2015年
12 王允良;韩维;郁大照;刘湘一;;舰载无人机平台总体性能机舰适配性分析[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
13 高龙波;刘钧贤;张时龙;;舰载无人机动力控制系统的特殊性及关键技术分析[A];航空装备维修技术及应用研讨会论文集[C];2015年
14 亓洪兴;刘毓博;周潘伟;杨培庆;姜海勇;;无人机载大视场高分辨率热红外成像系统[A];2015年无人机系统与任务载荷技术及应用研讨会摘要集[C];2015年
15 邓启文;刘书雷;吴集;;美国无人机发展现状、趋势及主要做法分析[A];2015年无人机系统与任务载荷技术及应用研讨会摘要集[C];2015年
16 ;温哥华机场管理局开展活动,宣传无人机安全[A];上海空港(第21辑)[C];2015年
17 丁娣;孔轶男;汪清;;基于无迹卡尔曼滤波的无人机气动参数辨识方法研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
18 谢双显;张玉峰;于坚;;无人机复合材料裂纹的粘接修复工艺[A];第十一届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集[C];2016年
19 潘泉;;无人机感知与规避技术发展与挑战[A];2015年中国自动化大会摘要集[C];2015年
20 牛轶峰;;多无人机协同与集群技术[A];2015年中国自动化大会摘要集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 张博渊;无人机集群编队自主规划与控制技术研究[D];天津大学;2018年
2 赵欣怡;多无人机类脑智能决策与协同控制方法研究[D];天津大学;2020年
3 李琳佩;基于无人机的高能效通信策略研究[D];北京邮电大学;2021年
4 华梦;无人机辅助的新型无线通信技术研究[D];东南大学;2020年
5 蒋旭;基于无人机平台的中继通信系统资源优化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
6 刘重;受限通信下多无人机协同决策与控制方法研究[D];西北工业大学;2019年
7 邵朋院;大尺度变参数无人机鲁棒变增益控制方法研究[D];西北工业大学;2016年
8 徐博;植保无人机航线规划方法研究[D];中国农业大学;2017年
9 赵云云;部分可观条件下多无人机协同目标跟踪决策问题研究[D];国防科技大学;2019年
10 王丹丹;多无人机分布式编队保持与重构控制方法研究[D];天津大学;2019年
11 喜文飞;滇东北山区无人机遥感影像预处理方法及滑坡特征识别研究[D];云南师范大学;2019年
12 赵搏欣;无人机低成本微小型自主定位系统技术研究[D];国防科学技术大学;2016年
13 唐晏;基于无人机采集图像的植被识别方法研究[D];成都理工大学;2014年
14 陈少飞;无人机集群系统侦察监视任务规划方法[D];国防科学技术大学;2016年
15 刘永孛;集群无人机空基回收任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2021年
16 刘笃晋;面向植被识别的无人机图像处理关键技术研究[D];成都理工大学;2016年
17 关永亮;复合材料无人机结构和飞行动力学关键技术研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2017年
18 王国芳;专家知识辅助的强化学习研究及其在无人机路径规划中的应用[D];浙江大学;2017年
19 王翔宇;太阳能动力的球载投放无人机总体设计及能效优化设计[D];中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所);2021年
20 朱云峰;基于多源信息融合的无人机相对导航技术研究[D];南京航空航天大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 黄阳;面向无人机集群的组网仿真系统研究与实现[D];电子科技大学;2021年
2 马雨微;无人机集群作战系统的群智能任务分配方法研究[D];哈尔滨工程大学;2021年
3 杨光;无人机集群位置感知系统安全研究[D];华东师范大学;2021年
4 罗远林;无人机集群编队控制与任务分配算法研究[D];电子科技大学;2021年
5 乔琛;面向无人机集群的协同编队控制算法与仿真实现[D];电子科技大学;2021年
6 段碧琦;无人机集群通信中继规划方法研究[D];国防科技大学;2019年
7 李鹏飞;无人机集群地理位置服务研究[D];北京交通大学;2020年
8 魏帅;基于信息物理系统的无人机电池管理系统研发[D];西安工业大学;2021年
9 赵诗雪;无线紫外光协作无人机最优持久编队算法研究[D];西安理工大学;2020年
10 李艳军;基于信息交互的无人机集群建模与韧性评估[D];国防科技大学;2018年
11 刘佳杰;基于模体的无人机集群任务规划方法[D];国防科技大学;2018年
12 杜沛韩;基于生物集群智能的大规模无人机集群网络仿真研究[D];南京大学;2020年
13 井田;无人机集群持续侦察自适应协同控制研究[D];国防科技大学;2018年
14 杜晓凯;无人机集群混合式任务实时分配算法研究[D];西安电子科技大学;2020年
15 冉惟之;基于群体智能的无人机集群协同对抗系统的设计与实现[D];电子科技大学;2020年
16 刘涛;基于无人机集群涌现模型的警务指挥与战术应用研究[D];中国人民公安大学;2020年
17 冯聪;无人机集群编队交互式仿真平台的设计与实现[D];天津大学;2018年
18 葛扬帆;应用于无人机集群的路由协议研究[D];南昌航空大学;2012年
19 徐佳慧;基于城市场景的无人机配送任务规划研究[D];北京交通大学;2021年
20 张子用;基于相对定位的多无人机覆盖控制算法设计[D];广东工业大学;2021年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 曾祥海 记者 刘善盛;赣州引进无人机防治果业病虫害[N];赣南日报;2016年
2 郑妍 记者 杨顺芳;无人机,在昌都市实验小学飞起[N];昌都报;2020年
3 记者 吴黎明 通讯员 吴丹丹;地上“跑水牌” 天上无人机[N];马鞍山日报;2020年
4 本报记者 刘佳鑫;用科技创新诠释小康生活新含义[N];石家庄日报;2020年
5 本报记者 吴杰;我市将引进世界首条大型无人机货运超视距航线[N];榆林日报;2020年
6 本报记者 任玉霞;小小无人机成了香饽饽[N];安阳日报;2020年
7 本报记者 李国惠;共建共享共赢 让无人机“一飞冲天”[N];天津日报;2020年
8 本报通讯员 李书信;牟定县:无人机成“指尖管地”好帮手[N];楚雄日报(汉);2020年
9 本报记者 王宠;无人机高空“俯瞰” 多盲区“尽收眼底”[N];石家庄日报;2020年
10 本报记者 梁小雨;农业植保无人机成田间地头“新宠”[N];银川日报;2020年
11 全媒体记者 冯博睿 实习生 谭勋泽;无人机巡查巡护为生态文明建设保驾护航[N];中卫日报;2020年
12 记者 谢磊;加强交流合作 实现共赢发展[N];酒泉日报;2020年
13 记者 妥超云 通讯员 冯正睿;无人机成农田“新宠”[N];酒泉日报;2020年
14 记者 刘计划;我市大力发展植保无人机服务助力乡村振兴[N];咸阳日报;2020年
15 本报记者 马静璠;“四川造”无人机为“嫦娥五号”服务[N];四川科技报;2020年
16 陇东报、掌中庆阳记者 张烨 通讯员 耿洋洋;西峰:无人机监管助推智慧城市建设[N];陇东报;2017年
17 郑文敏;周宁:无人机“巡山” 构筑绿水青山“防火墙”[N];闽东日报;2021年
18 本报记者 马一萍 何英;无人机助力环保编织“天罗地网”[N];吴忠日报;2021年
19 本报记者 张贵锋 本报通讯员 金淑华 王福斌 潘友南;无人机让隐患“无所遁形”[N];人民铁道;2021年
20 本报记者 吴婷婷 通讯员 马秀鹏;无人机智能巡视保障电网运行[N];柴达木日报;2021年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978