一种基于虚拟仿真技术的无人机多人协同训练方法及装置与流程

本发明涉及虚拟仿真，具体为一种基于虚拟仿真技术的无人机多人协同训练方法及装置。

背景技术：

1、随着无人机技术的不断创新，更小巧、更轻便折叠式、具有更长续航时间的无人机不断涌现，在自动避障、自动驾驶等方面的功能也有了显著提升，在航拍摄影、物流配送、安全监控、警用巡检、建筑测绘、电力巡检等方面有了广泛的应用。

2、当前在警用巡检过程中使用无人机多人协同技术，应对复杂环境已成为重要的巡检手段，通过多架无人机之间的协同作战能够提高巡检效能，实现更有效的任务执行和更高的成功率，相比于单独执行任务，多人协同能够降低风险、覆盖更广阔的范围，并通过灵活调整方式与任务分配，提高工作效率。但是传统的无人机多人协同训练方法存在实地训练受环境条件限制、成本高昂等问题，多架无人机协同作战需要进行统一的任务规划、指挥调度和数据管理，管理复杂性较高，多架无人机协同可能存在安全风险，如碰撞、失控等问题，特别是在复杂的巡检环境中，需要加强对无人机系统的安全保障和风险管理。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于虚拟仿真技术的无人机多人协同训练方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于虚拟仿真技术的无人机多人协同训练方法，应用于无人机模拟训练，具体包括：

3、s1，构建包括无人机模型、地形、气象条件及障碍物信息的虚拟仿真环境，用以模拟真实的飞行场景；

4、s2，将无人机控制系统集成到步骤s1中所构建的虚拟仿真环境中，用以实现对无人机的远程操控和仿真；

5、s3，设计无人机多人协同训练任务，用以提高无人机多人协同操作的能力和效率；

6、s4，根据s3中所述无人机多人协同训练任务，在步骤s2所构建的虚拟仿真环境中设定不同的训练场景，用以实现不同训练场景的模拟训练；

7、s5，根据s3中所述的训练任务，在设定的训练场景中，通过虚拟仿真技术开展无人机多人协同模拟训练，用以实现多架无人机之间的通信、协调和动作同步；

8、s6，实时监控步骤s5中的模拟训练过程，用以及时发现模拟训练过程中的问题并进行调整和改进；

9、s7，记录步骤s6中所述实时监控过程中的数据，用以评估模拟训练效果并进行后续的分析改进。

10、作为本技术的一个方面，所述步骤s1进一步为：

11、s12、对获取的环境数据进行预处理，获取预处理数据；

12、s13、根据获取的预处数据，创建虚拟仿真模型，确保模型的真实性和可靠性；

13、s14、根据创建的虚拟环境仿真模型，设计用户交互界面，便于用户操作与控制；

14、s15、在创建的虚拟环境仿真模型中集成物理引擎，以模拟真实的物理效果，同时添加行为模拟，以增加虚拟仿真环境的真实性；

15、s16、对创建的虚拟环境仿真模型进行参数调整与优化，用以提高仿真运行的效率与稳定性。

16、所述步骤s12进一步为：

17、s121、通过滤波、平滑去除噪声，用以确保收集数据质量；

18、s122、采用均值、中位数或众数填补，k-最近邻，多重插补，一种或多种结合的方法进行缺失值填补，用以填补缺失的数据；

19、s123、采用最小-最大归一化，z-score标准化方法，归一化数据，用以将所有特征缩放到相同的数值范围；

20、s124、划分数据集，将数据集划分为训练集与测试集，用以评估模型泛化能力。

21、步骤s2中所述的无人机控制系统通过网络连接的方式集成到步骤s1中构建的虚拟仿真环境中。

22、所述步骤s3进一步为：

23、s31、根据构建的虚拟仿真环境，确定训练目标；

24、s32、根据训练目标与数据特点选择深度学习模型；

25、s33、设定无人机多人协同训练的具体任务，包括赌博案件侦查、案件夜间侦查、交通事故勘查、林地搜索，设定无人机编队飞行练习，用以开展无人机多人协同训练；

26、s34、确定训练任务的具体指标与评价方法，用以总结训练效果并进行训练的调整优化。

27、所述步骤s4进一步为：

28、s41、根据无人机多人协同训练任务，确定包括赌博案件侦查、案件夜间侦查、交通事故勘查、林地搜索的训练场景及无人机编队练习场景；

29、s42、选择仿真平台设计虚拟平台，包括地图、物体、障碍物元素，确保场景的复杂性与多样性；

30、s43、设定虚拟环境的初始状态，确保初始状态符合训练任务的要求，并能够提供合适的起始条件；

31、s44、定义虚拟环境中训练场景的动作空间，用以确定动作的类型、数量与范围。

32、步骤s5中所述无人机多人协同模拟训练，根据设定场景执行训练任务，并根据无人机飞行数据，设置编队形成控制协议和编队跟踪控制协议，其具体实现方法为：

33、ui(t)＝ui1(t)+ui2(t)+ui3(t),i＝1,2,...n；

34、其中，ui(t)为t时刻第i个无人机的编队形式控制输入，ui1(t)为第i个无人机的自身反馈控制输入，ui2(t)为辅助函数输入，ui3(t)为第i个无人机邻居无人机的反馈输入；

35、对各个无人机进行编队形成控制的公式为：

36、

37、对各个无人机进行编队跟踪控制的公式为：

38、

39、其中，k1和k2为编队形成控制协议增益矩阵，xi(t)为飞机的飞行状态，hi(t)为无人机的参考编队位置变量，r(t)为无人机编队运行轨迹，vi(t)为无人机编队形成的控制函数，si(t)为无人机的轨迹跟踪控制函数，ni为第i个无人机的邻居无人机集合，wij为第i个无人机与其第j个邻居无人机的连接权重，dt为时变通信时延。

40、所述步骤s7进一步为：

41、s71、确定评估的准确率、f1分数指标，用以评估模拟训练效果；

42、s72、使用评估数据进行模拟训练的指数评估，用以获取模拟训练的实际效果；

43、s73、可视化评估结果，用以及时准确发现存在问题；

44、s74、建立反馈机制，用以开展模拟训练的后续分析与改进。

45、本发明还提供一种基于虚拟仿真技术的无人机多人协同训练装置，其特征在于，包括无人机模拟训练一体机，无人机遥控手柄，所述无人机模拟训练一体机与无人机遥控手柄通过无线网络连接；

46、所述无人机模拟训练一体机设置有计算机系统，所述计算机系统构建有虚拟仿真环境，训练任务与训练场景；

47、所述无人机遥控手柄至少有一组，用以控制虚拟仿真环境中无人机的运行。

48、本发明有益效果：通过建立虚拟仿真环境可以随时随地进行模拟训练，不受天气和地域限制，训练时间和地点更加灵活，有助于提高警用巡检训练效率和利用率；虚拟仿真环境可以根据实际需要灵活调整训练场景和训练目标，提供多样化的训练内容和场景设置，以满足不同级别、不同类型的训练需求，提高训练灵活性；虚拟仿真环境下的训练可以模拟各种复杂情况和意外事件，提供了一个相对安全的训练平台，有助于降低意外事故发生的风险，保障训练人员和设备的安全；使用虚拟仿真技术进行多人协同训练可以大大降低成本，避免了实际无人机的磨损和维护费用，同时节省了燃料和人力资源的消耗；虚拟仿真系统可以记录和分析训练过程中的各种数据和参数，为训练评估和改进提供科学依据，有助于优化训练方案和提升训练效果。