小型無(wú)人直升機(jī)具有垂直起降、懸停、巡航以及快速轉(zhuǎn)變航向等特性，使得它成為一種理想的無(wú)人飛行器，并被廣泛地應(yīng)用于除軍事目的以外的諸如交通執(zhí)法監(jiān)控、海洋／環(huán)境監(jiān)測(cè)以及航空攝影／測(cè)量等許多領(lǐng)域。在進(jìn)行實(shí)際自主飛行試驗(yàn)時(shí)，由于小型無(wú)人直升機(jī)本身是一個(gè)極其復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，加之實(shí)驗(yàn)環(huán)境的變化，因此具有很大的不確定性，稍有不慎，就可能造成飛機(jī)的失控甚至墜毀。為了保證實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)的安全，縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)資金的投入，同時(shí)便于對(duì)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證與調(diào)較，設(shè)計(jì)一套小型無(wú)人直升機(jī)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)便顯得尤為迫切。詳細(xì)介紹了基于Linux的小型無(wú)人直升機(jī)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)整個(gè)搭建過(guò)程。
　　1 小型無(wú)人直升機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　1．1 無(wú)人直升機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)構(gòu)建
　　在此以Raptor90無(wú)人直升機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖1所示。

　　要構(gòu)建一套切實(shí)可行的小型無(wú)人直升機(jī)仿真系統(tǒng)，需要對(duì)小型無(wú)人直升機(jī)實(shí)際飛行過(guò)程進(jìn)行全面的建模。而其中對(duì)小型無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建模又是重中之重。這里主要利用MIT以及Aalborg大學(xué)研究人員提出的兩套無(wú)人直升機(jī)的建模方法，結(jié)合各自的優(yōu)點(diǎn)，充分考慮無(wú)人直升機(jī)在不同模態(tài)切換之間的模型差異，對(duì)無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并轉(zhuǎn)換成可以實(shí)施的仿真系統(tǒng)模型。仿真系統(tǒng)主要包括直升機(jī)數(shù)學(xué)模型模塊、飛行控制系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)融合模塊、控制輸入模塊，人機(jī)圖形界面模塊以及數(shù)據(jù)通信模塊等。其中直升機(jī)數(shù)學(xué)模型模塊主要包括：直升機(jī)非線性模型、直升機(jī)線性化模型、陣風(fēng)擾動(dòng)模型、地形模型、傳感器模型以及伺服驅(qū)動(dòng)器模型。直升機(jī)非線性模型主要包括主旋翼、伺服小翼、尾旋翼、空氣動(dòng)力學(xué)模型以及6自由度剛體動(dòng)力學(xué)模型。直升機(jī)線性化模塊主要是在直升機(jī)非線性模型的基礎(chǔ)上根據(jù)控制需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，以便用來(lái)對(duì)線性控制器的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。陣風(fēng)擾動(dòng)模型主要用來(lái)對(duì)小型無(wú)人直升機(jī)在實(shí)際飛行環(huán)境中的陣風(fēng)進(jìn)行模擬。地形模型主要考慮直升機(jī)在起飛和降落過(guò)程中與地面之間的相互作用。這當(dāng)中涉及到地面與槳葉間的渦流效應(yīng)，對(duì)其建模非常復(fù)雜，故這里暫時(shí)不考慮。傳感器模型主要包括GPS定位模型、IMu測(cè)量模型和聲納測(cè)距模型。伺服驅(qū)動(dòng)模型主要模擬將伺服板接收到的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)并最終轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)作后直接作用于旋翼的過(guò)程。飛行控制系統(tǒng)模塊指利用設(shè)計(jì)的控制算法對(duì)直升機(jī)進(jìn)行自主飛行控制。數(shù)據(jù)融合模塊主要指利用卡爾曼濾波算法對(duì)各個(gè)傳感器測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算?？刂戚斎肽K主要用于直升機(jī)自主飛行時(shí)對(duì)其飛行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)校。人機(jī)圖形界面能生動(dòng)實(shí)時(shí)地再現(xiàn)直升機(jī)的仿真效果。經(jīng)過(guò)以上分析，可以得到小型無(wú)人直升機(jī)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。