基于FG的四旋翼无人机三维可视仿真系统研究

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发表于 2011-10-31 13:34:30 |只看该作者 |倒序浏览

【摘要】： 本文的研究目的是为四旋翼无人机控制算法的研究以及飞行器的试飞工作提供一个仿真实验平台。在飞行器真正试飞之前,仿真系统可以做大量的测试研究,即在实验室环境中对飞行器进行飞行规律的研究,飞行性能的评估,以此掌握飞行器的控制方法,降低试飞的风险和成本。近几年来,四旋翼无人机以其新颖的外形、卓越的性能以及独特的飞行控制方式吸引了广大科研人员,成为国际上的研究热点。本文以四旋翼无人机的动力学模型为基础,结合OpenGL三维动态显示技术,利用FlightGear开放平台进行了四旋翼无人机的飞行可视仿真,构建了一个全功能、全动态的三维可视飞行仿真系统。本文首先介绍了四旋翼无人机以及三维可视仿真方面相关的研究背景和现状,并对三维视景生成技术进行了概述。其次,介绍了FlightGear飞行模拟软件的组成、框架结构和程序流程。使用AC3D软件完成了四旋翼无人机三维可视模型的设计,并实现了使用动力学模型数据驱动各种模型进行飞行仿真,包括飞行器模型的载入、定位、数据处理以及FlightGear与数据模块的通信过程。其中使用C++语言开发了系统的通信模块,同时结合FlightGear的相关特性,完成了通信模块与FlightGear的集成。本文使用VC++2005开发了可视化的客户端界面,并用CScope控件开发了虚拟示波器对数据进行实时监控。最后,总结了系统实施所需要的软硬件环境和实施过程,以及如何利用FlightGear完成飞行日志的记录和视频的回放。本文对系统进行了具体实证分析,系统的运行情况表明,设计达到了预定的目标,基于FlightGear开发四旋翼无人机的三维可视仿真系统是可行的。

【关键词】：四旋翼无人机 三维可视仿真 飞行模拟器 FlightGear
【目录】：

* 中文摘要3-4
* ABSTRACT4-7
* 第一章绪论7-12
* 1.1 研究背景7-8
* 1.2 研究目的及意义8-9
* 1.3 国内外研究现状9-10
* 1.4 研究内容及论文结构10-12
* 第二章系统的理论基础和软件架构12-22
* 2.1 系统的结构12-13
* 2.2 三维视景的生成原理13-14
* 2.2.1 视景生成过程13
* 2.2.2 视景内部表示13-14
* 2.2.3 视景三维建模技术14
* 2.3 实时视景的生成14-15
* 2.4 FlightGear 飞行模拟软件介绍15-18
* 2.4.1 OpenGL 简介16
* 2.4.2 Plib 简介16-18
* 2.4.3 SimGear 简介18
* 2.5 FlightGear 程序架构18-21
* 2.5.1 FlightGear 框架结构18-20
* 2.5.2 FlightGear 运行流程20-21
* 2.6 FlightGear 的优势21-22
* 第三章三维可视模型的设计22-28
* 3.1 飞行器模型的建立22-25
* 3.2 地形、机场、云层等模型的建立25-26
* 3.3 模型纹理材质库26-28
* 第四章飞行器模型的驱动28-45
* 4.1 FlightGear 飞行器模型的载入及配置28-34
* 4.1.1 飞行器模型的载入28-30
* 4.1.2 飞行器模型的定位30-32
* 4.1.3 飞行器模型的动作32-34
* 4.2 通信模块34-41
* 4.2.1 FlightGear 通信模型34-35
* 4.2.2 通信模块的实现35-41
* 4.3 飞行数据处理41-45
* 4.3.1 测地学坐标系41-42
* 4.3.2 高斯平面直角坐标系42
* 4.3.3 坐标系之间的转换42-45
* 第五章系统的实施及仿真效果45-51
* 5.1 系统实施的软硬件环境45
* 5.2 系统的具体实施过程45-49
* 5.3 系统仿真效果49-51
* 第六章总结及展望51-53
* 6.1 研究总结51
* 6.2 研究展望51-53
* 参考文献53-56
* 附录A56-59
* 附录B59-61
* 发表论文和科研情况说明61-62
* 致谢62

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