在无人机制导、导航与控制中应用半实物仿真

　　GPS仿真器

　　通过Spirent GSS8000 GPS仿真器，我们能够仿真并生成用户选择的GNSS星座卫星所发出的相同的射频信号。这些信号会以飞行实验相同的方式传送到无人机上真实的GPS传感器，并能仿真惯性传感器(加速度计和回转仪)。我们可以指定不同的情况，降级信号，指定天线模式及模拟IMU传感器错误。

　　板载处理单元

　　我们在实时操作系统(QNX或VxWorks)中运行一个PC/104单元，操作系统中包含了算法和控制策略，用于测试自动代码生成工具和集成架构创建的代码的完成。我们在现场实验的真实无人机中也使用了相同的单元。

　　可视化

　　我们可以使用Simulink External Mode软件对无人机进行调试。通过这个软件，我们可以监测用户需要实时知晓的信号值。此外我们可以改变嵌入式处理单元中所执行算法的参数。在操作中所使用的界面，与控制工程师在仿真设计算法时所使用的界面完全一样。由此，整个测试环境完全透明，而且能以同现场测试一样的方式进行HIL测试，从而大幅减少开发时间。

　　结果

　　对比飞行遥测和使用同样的GNC算法的HIL仿真，可以表明HIL的精准性和与真实测试结果的相似性。

　　我们在一架改装过的无线电控制的直升飞机上集成了几个传感器(加速度计，回转仪，磁力计，GPS和一个高度计)和一个处理单元(见图3)，将其转变成一架无人机，进行飞行测试。　　

图3：实验中使用的基于CB5000 RC直升机改装而成的无人机

　　无人机在没有过冲或任何一个永久误差的情况下，达到了水平面要求的参考值(见图4和图5)。HIL仿真和真实的飞行测试结果极其一致。　　

图4：北方位置对比结果　　

图5： 西方位置对比结果

　　结论

　　HIL环境非常适用于测试包含真实硬件的整个系统。使用NI PXI，我们在实时状态下以低延时仿真了一个复杂的无人机模型，并完美模拟了航空设备界面。

　　这个环境能检测出软件仿真中无法显示的错误，从而避免现场实验意外的发生。因为控制工程师在设计，开发和验证过程中也会使用相同的可视化和调试工具，由此可以快速重复循环，减少开发时间。