半物理仿真实验室

半物理仿真实验室

一、简介

半物理仿真试验采用计算机软件、数学模型、系统部件（或设备）与环境物理效应设备相结合的综合仿真形式，是先进无人机装备在研制试样、性能评估、作战演练中必不可少的仿真方法和手段。半物理仿真试验可实现人和硬件在回路的仿真，可在不进行动态飞行试验的条件下对无人机进行全系统综合测试验证，且模拟的逼真度和可信性相对很高，一定程度上代表着系统建模与仿真的最高水平。

青岛航空技术研究院无人机研究所长期致力于飞行器半物理仿真平台的研发建设，目前已经建成高精度三轴仿真转台、无人机地面综合试验台、模拟训练考核系统等多个大型地面试验装备，可开展无人机飞控/惯导系统转台试验、伺服系统加载试验、起落架系统试验、供配电系统试验、无人机操纵模拟训练试验等多项试验项目，为先进无人机系统综合评估测试提供可靠的解决方案。

1.高精度三轴仿真转台

三轴仿真转台是一种高精度数字化仿真设备，能准确模拟出各类飞行器在实际飞行时的姿态变化，再现其运动过程的各种动力学特性，在航空、航天领域科学研制和试验过程中起着关键的作用。高精度三轴仿真转台主要用于组合导航系统在实验室环境下的测试、标定以及飞行控制律测试。

转台由转台台体、转台控制柜、隔离变压器柜、控制电缆等组成。台体采用立式UOO结构，由三个转动框架组成，如图1所示。其中内轴框架上可安装被测产品，用于模拟飞行器在空中飞行时的姿态运动。转台台体内部安装驱动电机、角位置传感器和自锁开关等，可实现对转台机械框架的驱动运动及测量。

图1 高精度三轴仿真转台

高精度三轴仿真转台能够产生三个方向的角位置、角速率和角加速度等运动激励，来实现对陀螺、惯性测量装置等设备的测试和标定，也可以实现空间三个旋转方向的运动模拟、角振动、摇摆等各类动态运动，模拟无人机在飞行过程中的姿态变化，实现惯性设备与飞行控制系统的仿真信息闭环，设备参数如表1所示。

表1 高精度三轴仿真转台性能参数表

2.无人机地面综合实验台

无人机地面综合试验台是现代大型无人机开展全系统设计和地面验证的大型综合性试验设施。试验台以模块化的架构、通用性的硬件组成，支持无人机的飞控系统、起落架系统、航电系统、电源系统等机载系统的单独试验验证以及全机系统之间两两或多系统间的联合试验验证。

无人机地面综合试验台将传统铁鸟试验台、航电系统试验台、机载电源系统试验台进行了综合，并将无人机传感器激励设备、舵机加载等半物理仿真系统也纳入试验台，成为可支持无人机系统从部件到系统地面验证的综合性试验台。试验台可进行无人机半实物仿真、飞控起落架系统的铁鸟试验、航电系统试验、机载电源系统试验以及全机系统的交联地面验证。并支持型号首飞试验，故障复现及排故，设计改进优化等，能促进无人机研发流程顺利实施。

图2 无人机地面综合实验台

该无人机地面综合实验台采用模块化架构及通用软硬件设备，可支持多型全电无人机模拟真实装机环境下的飞控系统、航电系统和起落架系等的单独试验或多系统间的联合试验，可开展的试验分为以下三类：

1）单系统测试试验：对安装在台架上的被试系统（飞控系统、航电系统和起落架系统等）进行功能测试和性能测试，也可以对各系统所包含的子系统、设备部件等进行试验验证。

2）多系统交联工作试验：对安装在台架上的多个被试系统进行联合试验，验证系统之间接口的正确性以及交联后的性能是否能满足设计要求。

3）系统故障模拟试验：对试飞前无人机可能发生的故障类型进行模拟，完善系统应急方案；对试飞后出现的故障进行复现，解决系统设计中存在的问题。

主要性能指标参数如表2所示。

表2 无人机地面综合试验台功能参数

3.模拟训练考核系统

模拟训练考核系统主要用于无人机系统的仿真模拟，以及无人机操控人员的模拟训练考核，在保障无人机正常飞行和实际应用中发挥着重要的作用。通过模拟训练考核系统可以使各级指挥员、参谋作业人员、飞行控制人员等相关人员熟悉并灵活运用信息系统和武器装备，完成在多种复杂地形环境和多种战术背景下的空地一体联合训练，演练无人机部队的典型战法，以支撑部队多兵种协同、多样化任务、多装备保障的作战需求。

在无人机在执行任务前，可以利用指控模拟训练系统对任务规划的结果进行仿真推演与验证。另一方面，无人机操作是一个比较复杂的过程，对操作人员有很高的要求，因此需要对操作人员进行大量的无人机飞行操作训练。利用真实的无人机进行训练风险大，成本高，所以采用模拟训练器对无人机操作员进行训练，从而避免了由于操作不当而造成无人机的不必要损失，降低飞行训练成本，并且达到了训练目的，从而保障了无人机的正常飞行。

图3 模拟训练考核系统

无人机模拟训练考核系统包括2套飞行监控分系统、1套载荷监控分系统、1套链路监控分系统、1套数据链设备、1套飞控/载荷/链路仿真分系统、1套训练评估分系统和1套视景显示分系统，主要功能指标如表3所示。

表3 模拟训练考核系统主要功能指标