基于FlightGear的四旋翼無人機三維可視仿真系統(tǒng)研究的開題報告

基于FlightGear的四旋翼無人機三維可視仿真系統(tǒng)研究的開題報告一、研究背景近年來，無人機技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。無人機被應用于軍事情報、電力巡檢、物流配送以及農(nóng)業(yè)植保等領(lǐng)域，并且日益普及。無人機的三維模擬技術(shù)是無人機研究的重要技術(shù)，可以為無人機研究人員提供一個安全、低成本、高效的平臺。因此，開發(fā)一種符合人類視覺感受的無人機仿真系統(tǒng)，對于提高無人機的仿真精度和降低研究成本具有重要意義。二、研究目的本研究旨在基于FlightGear的四旋翼無人機三維可視仿真系統(tǒng)，設計出一套符合人類視覺感受的無人機飛行仿真實驗平臺。該平臺可以模擬無人機在不同環(huán)境下的飛行和操作，主要實現(xiàn)以下幾個方面的目標：1.基于FlightGear實現(xiàn)無人機的三維可視效果和運動特征的模擬，優(yōu)化無人機的運動學、動力學、氣動學等基本特性；2.針對無人機常見的飛行任務（如起飛、降落、懸停、航線飛行、目標搜索等）、傳感器數(shù)據(jù)采集（如圖像、視頻、激光雷達等）等，實現(xiàn)無人機飛行仿真場景的設計和開發(fā)；3.開發(fā)仿真控制平臺，實現(xiàn)無人機遙控器、飛控系統(tǒng)、地面站等傳統(tǒng)硬件設備的仿真，用于對無人機的控制系統(tǒng)、傳感器、系統(tǒng)應對不同情況下的響應能力和負載能力的研究；4.結(jié)合虛擬和現(xiàn)實，實現(xiàn)基于虛擬現(xiàn)實的人機交互系統(tǒng)，使操作者在虛擬環(huán)境中可以進行真實的無人機飛行控制操作，使得無人機飛行仿真系統(tǒng)更貼近于實際應用場景。三、研究內(nèi)容本研究內(nèi)容主要包括：1.無人機仿真系統(tǒng)建模：針對四旋翼無人機，基于FlightGear進行三維場景建模，建立無人機外觀、動力學、控制系統(tǒng)等的參數(shù)化模型；2.無人機飛行控制設計：仿真無人機的控制系統(tǒng)，并使用基于PID控制器、LQR控制器等進行無人機飛行控制；3.仿真場景設計：設置不同場景下的無人機飛行仿真場景和任務，包括航跡規(guī)劃、目標搜索等，同時課重新設計無人機傳感器采集數(shù)據(jù)和處理方法；4.仿真實驗系統(tǒng)設計：針對無人機所有硬件組成部分進行仿真，包括飛控系統(tǒng)、地面站等，使得仿真實驗系統(tǒng)更加完整，實驗數(shù)據(jù)更具可靠性；5.人機交互模塊設計：使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)基于3D圖形的無人機飛行控制操作界面，使得操作者可以在虛擬環(huán)境中進行真實的飛行控制操作，并記錄操作者的控制行為。四、研究方法本研究主要采用以下研究方法：1.綜合理論方法：綜合無人機的力學、氣動學、控制等理論，建立仿真模型和實驗系統(tǒng)；2.面向?qū)ο蠓椒ǎ豪肅++語言實現(xiàn)無人機仿真系統(tǒng)，并利用對象的封裝、繼承、多態(tài)等特性對各部分進行構(gòu)建；3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)：使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)用戶在虛擬空間中進行真實的飛行控制操作，提高仿真實驗的效率和質(zhì)量。五、研究意義本研究將設計出一套符合人類視覺感受的無人機飛行仿真實驗平臺。該平臺可以模擬無人機在不同環(huán)境下的飛行和操作，重點研究無人機的控制系統(tǒng)、傳感器、系統(tǒng)應對不同情況下的響應能力和負載能力等方面的問題，在飛行科學、控制工程和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域具有一定的應用價值。六、研究進度安排研究時間：2021年7月-2022年5月具體進度安排如下：1.2021年7月-2021年9月：完成文獻調(diào)研和系統(tǒng)分析，確定平臺編程語言和開發(fā)框架；2.2021年9月-2021年11月：進行無人機仿真系統(tǒng)建模和飛行控制設計，并完成仿真場景設計；3.2021年11月-2022年3月