无人集群虚实结合仿真实验集成系统及其数据处理方法

本发明涉及仿真实验数据处理，尤其涉及一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统及其数据处理方法。

背景技术：

1、无人系统及集群控制算法研究、应用方案论证和落实试验测试等是现阶段学术界和工业界共同关注的热点方向。在对无人系统进行研究的过程中，实物的飞行实验是研究的重点手段。但是，基于实物的实验往往面临成本高、实验周期长、实验场地受限、应用场景设计搭建难、实验安全可控性低等问题。与之对应的虚拟仿真推演一直是其技术实验、方案论证、方法测试等过程的重要手段和措施。其中，虚拟仿真环境一直也是对无人系统进行研究的一个关键性工具。从另一个方面来看，单纯的虚拟仿真同样面临一些列的问题：场景设置不真实，应用场景超前与现实不对应，基础假设难以在现实中满足，算法难以移植等。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统及其数据处理方法，能够将虚拟仿真推演与实体实物验证集成的系统平台或运用框架，以确保仿真贴近实际，同时控制实物实验成本和周期。

2、本发明的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，包括：

4、仿真模块，所述仿真模块用于构建多尺度、多分辨率的无人系统运行虚拟环境，设置具体任务场景，生成原始态势数据，并可通过交互接口对外部提供或输入的虚拟环境进行仿真推演；

5、分析模块，所述分析模块用于从所述仿真模块中实时获取原始态势数据，进行多粒度和多精度地分析与解析，并可通过交互接口对外部提供或输入的态势进行分析；

6、决策模块，所述决策模块用于从所述分析模块中获取无人运行系统的态势解析结果，将所获取的无人运行系统态势结果进行计算处理形成无人系统的执行方案，并可通过交互接口对外部提供或输入的态势结果进行决策处理；

7、监控模块，所述监控模块用于接收来自虚拟仿真与缩比环境实物运行数据，并通过数据同步模块实现多尺度的实验数据合并与存储，并可通过交互接口对外提供实验过程进行录像回放；

8、缩比环境实物平台，所述缩比环境实物平台基于室内视觉定位系统实时获取实物平台的运动轨迹与状态，将实物实体数据记录、整理和输出，通过交互接口对外提供缩比环境下无人平台实时状态与轨迹；

9、可视化模块，所述可视化模块通过数据同步模块进行虚实数据帧合并；

10、控制模块，所述控制模块与所述仿真模块、所述分析模块、决策模块、所述监控模块和所述缩比实物平台之间相互交互连接，用于接收各个模块之间的数据，并对所接收的数据进行数据处理和指令下发。

11、进一步地，所述控制模块的数据处理包括对数据的接收、缓存、合并、路由和分发。

12、进一步地，所述仿真模块与所述分析模块和所述决策模块依次交互连接，形成闭环，进行数据交互，且所述仿真模块还分别与所述监控模块和所述可视化模块之间交互连接，进行数据交互，同时所述缩比环境实物平台与所述可视化模块和所述监控系统之间交互连接，进行数据交互。

13、进一步地，各个模块间进行数据的交互时，基于http协议的客户端，以post请求方法传递数据至http协议的服务端。

14、进一步地，所述仿真模块与所述分析模块和所述决策模块依次交互连接，形成闭环，进行数据交互时，所述仿真模块客户端发送请求至对应的服务端，经过服务端后再次发送请求至分析模块的客户端，分析模块的客户端传输原始态势数据至对应的服务端处理后将解析结果返回至分析模块的客户端，并将所解析的结果传输至决策模块的客户端，并在生成态势解析数据后传输至决策模块的服务端，服务端生成决策结果后返回决策模块的客户端，同时决策模块的客户端将所决策结果传输至仿真模块的服务端返回至仿真模块的客户端形成闭环。

15、进一步地，所述仿真模块在与所述可视化模块和所述缩比环境实物平台进行数据交互时，所述仿真模块的客户端发送请求至所述仿真模块相对应的服务端，在经过服务端处理后将态势数据经过第一数据同步模块传输至可视化模块的客户端，经所述可视化模块的客户端处理后将合并数据传输至可视化模块的服务端，同时返回至可视化模块的客户端直至缩比环境实物平台的服务端和客户端，并在缩比环境实物平台的客户端发送请求后经过缩比环境实物平台的服务端和第一数据同步模块到达可视化模块的客户端形成闭环。

16、进一步地，仿真模块与监控模块和缩比环境实物平台进行数据交互时，所述仿真模块的客户端发送请求至仿真模块的客户端，并生成态势数据，经过数据镜像分流后传输至第二数据同步模块，同时缩比环境实物平台的客户端发送请求至缩比环境实物平台的服务端，经过第二数据同步模块后传输数合并数据至所述监控模块的客户端，随后监控模块的客户端传输数据至仿真模块的服务端和客户端，完成数据的交互。

17、进一步地，各个模块间的数据传输至少包括固定顺序产生，形成闭环的数据，以及保持同步的同源数据。

18、进一步地，第一数据同步模块和第二数据同步模块用于将所传输的数据进行合并、分散和缩放，至少包括用于缓存的缓存序列模块和用于同步的同步序列模块，且在缓存序列模块包含有多个子模块，用于对不同数据源和/或不同数据流向的数据进行缓存，在数据缓存后进行数据的合并和同步。

19、第二方面，本发明还提供了一种无人集群虚实结合仿真实验集成数据处理方法，包括：

20、在仿真模块上设置无人运行的虚拟环境，并设置任务场景，生成原始态势数据；

21、对所生成的原始态势数据进行分析和解析；

22、根据所分析和解析的结果生成无人系统的执行方案并执行；

23、检测无人系统执行方案的执行实验数据并存储，并根据需要对所检测的数据进行回放和调用；

24、将实物实体数据记录和整理，并对所传输的数据进行数据帧的处理，根据处理结果确定仿真结果。

25、本发明技术方案的主要优点如下：

26、本发明的无人集群虚实结合仿真实验集成系统及其数据处理方法，通过与控制模块交互的仿真模块、分析模块、决策模块、监控模块和缩比实物平台，通过虚实结合仿真实验系统集成框架由包括服务总线在内的共7个子部分组成。各个系统之间需要满足接口配对，以完成最后的可视化和录像回放功能能够将虚拟仿真推演与实体实物验证集成的系统平台或运用框架，以确保仿真贴近实际，同时控制实物实验成本和周期。

技术特征：

1.一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，所述控制模块的数据处理包括对数据的接收、缓存、合并、路由和分发。

3.根据权利要求1所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，所述仿真模块与所述分析模块和所述决策模块依次交互连接，形成闭环，进行数据交互，且所述仿真模块还分别与所述监控模块和所述可视化模块之间交互连接，进行数据交互，同时所述缩比环境实物平台与所述可视化模块和所述监控系统之间交互连接，进行数据交互。

4.根据权利要求3所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，各个模块间进行数据的交互时，基于http协议的客户端，以post请求方法传递数据至http协议的服务端。

5.根据权利要求3或4任一项所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，所述仿真模块与所述分析模块和所述决策模块依次交互连接，形成闭环，进行数据交互时，所述仿真模块客户端发送请求至对应的服务端，经过服务端后再次发送请求至分析模块的客户端，分析模块的客户端传输原始态势数据至对应的服务端处理后将解析结果返回至分析模块的客户端，并将所解析的结果传输至决策模块的客户端，并在生成态势解析数据后传输至决策模块的服务端，服务端生成决策结果后返回决策模块的客户端，同时决策模块的客户端将所决策结果传输至仿真模块的服务端返回至仿真模块的客户端形成闭环。

6.根据权利要求1所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，所述仿真模块在与所述可视化模块和所述缩比环境实物平台进行数据交互时，所述仿真模块的客户端发送请求至所述仿真模块相对应的服务端，在经过服务端处理后将态势数据经过第一数据同步模块传输至可视化模块的客户端，经所述可视化模块的客户端处理后将合并数据传输至可视化模块的服务端，同时返回至可视化模块的客户端直至缩比环境实物平台的服务端和客户端，并在缩比环境实物平台的客户端发送请求后经过缩比环境实物平台的服务端和第一数据同步模块到达可视化模块的客户端形成闭环。

7.根据权利要求6所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，仿真模块与监控模块和缩比环境实物平台进行数据交互时，所述仿真模块的客户端发送请求至仿真模块的客户端，并生成态势数据，经过数据镜像分流后传输至第二数据同步模块，同时缩比环境实物平台的客户端发送请求至缩比环境实物平台的服务端，经过第二数据同步模块后传输数合并数据至所述监控模块的客户端，随后监控模块的客户端传输数据至仿真模块的服务端和客户端，完成数据的交互。

8.根据权利要求1所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，各个模块间的数据传输至少包括固定顺序产生，形成闭环的数据，以及保持同步的同源数据。

9.根据权利要求7所述的一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统，其特征在于，第一数据同步模块和第二数据同步模块用于将所传输的数据进行合并、分散和缩放，至少包括用于缓存的缓存序列模块和用于同步的同步序列模块，且在缓存序列模块包含有多个子模块，用于对不同数据源和/或不同数据流向的数据进行缓存，在数据缓存后进行数据的合并和同步。

10.一种无人集群虚实结合仿真实验集成数据处理方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种无人集群虚实结合仿真实验集成系统及其数据处理方法，包括与控制模块交互的仿真模块、分析模块、决策模块、监控模块和缩比实物平台，其中，仿真模块用于构建多尺度、多分辨率的无人系统运行虚拟环境，设置具体任务场景，生成原始态势数据；分析模块用于从仿真模块中实时获取原始态势数据，进行多粒度和多精度地分析与解析；决策模块用于分析态势解析结果，将所获取的态势结果进行计算处理形成执行方案；监控模块用于通过数据同步模块实现多尺度的实验数据合并与存储；缩比环境实物平台用于实时获取实物平台的运动轨迹与状态，将实物实体数据记录、整理和输出；可视化模块用于将虚实数据帧合并；控制模块用于接收数据并控制。技术研发人员：左源,祝海,杨绍卿,常强,鹿迎,郭中正受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/18