针对固定翼无人机编队飞行算法研究的可视化仿真验证问题,提出了一种基于SIMULINK UAV Toolbox和虚幻引擎工具的快捷、可靠、直观的可视化仿真验证方法。首先基于Guidance Model模块设计了编队飞行队形的纵向、侧向与法向控制指令;然后基于Simulation 3D UAV Vehicle模块和Simulation 3D Scene Configuration模块搭建了编队飞行的SIMULINK可视化仿真模型;最后运行建立的仿真模型并对得到的可视化编队飞行场景及其仿真数据进行了分析,验证了可视化仿真方法的快捷性、可靠性与直观性。

针对编队飞行卫星的大容量通信要求,提出采用光通信技术建立多星之间的通信链路。建立星间光通信系统模型和链路,研究空间光通信的比特差错率与天线口径大小、传输距离、通信码率以及调制方式的关系,分析卫星平台的指向角度误差对光通信的影响,以及多星光通信的性能。仿真结果表明,当采用发射功率30mW、天线口径1 cm的发射机时,在星间传输距离15 km、通信码率1Gb/s时比特差错率优于1×10-10。

长僚机之间的气动耦合效应是无人机编队飞行中不可忽视的因素,以长僚机的双机编队为例,建立了编队飞行的涡流模型,在有无气动干扰的两种情况下,计算了僚机在编队队形中的气动力,最后设计了考虑气动耦合效应的无人机编队飞行控制系统并进行仿真研究.仿真结果表明气动效应对编队队列中无人机的飞行状态会产生一定影响,该控制系统能很快消除扰动影响,使僚机实现状态的跟踪和保持,达到稳定编队飞行的要求.

为了解决单架无人机执行任务效率低,安全冗余差等问题设计了一种基于GPS的无人机编队飞行控制系统。无人机端主控芯片采用STM32F427搭载Nutt X嵌入式操作系统,保证了姿态解算、姿态控制、导航、通讯等复杂任务的实时有序执行。使用ZigBee通讯模块、MAVLink通信协议搭建无线通讯链路,并解决了多节点之间的通讯以及通讯冲撞问题,实现了无人机之间、无人机和地面站的稳定通讯。在地面站端对各架无人机位置的检测,并在此基础上使用编队算法实现多架无人机的三角形、直线等阵形的编队飞行。实验表明,该系统能有效的实现多无人机的编队飞行控制。