(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111137334.X (22)申请日 2021.09.27 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 刘海颖　吴坤　何兆一　谢远龙　 郑维新　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 代理人 徐晓鹭 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大规模轻量级的无人集群试验仿真平 台及工作方法 (57)摘要 本发明公开了一种大规模轻量级的无人集 群试验仿真平台及工作方法， 包括运行模块、 数 据模块、 传感器模块、 任务文件模块、 日志文件模 块。 此平台能够进行大规模的无人机集群三维动 态模拟， 因为平台轻量级的设计和数据、 模型等 接口的灵活性， 使得其能够在普通计算机上进行 数百架具有低保真运动模型的无人机或数十架 具有高保真运动模型的无人机集群仿真， 且平台 的设计上包含了并行方式运行， 便于其在集群计 算系统上运行， 整个仿真模拟过程都以可视化的 形式展现， 仿真步长可以自行设定， 实现仿真过 程的进度控制。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 113887134 A 2022.01.04 CN 113887134 A 1.一种大规模轻量级的无 人集群试验仿真平台， 其特 征在于： 包括如下模块： 任务文件模块， 用于编辑任务文件、 配置仿真的初始条件以及为无人机群配置传感器 插件； 数据模块， 用于存 储模型和脚本文件； 传感器模块， 用于获取环境实况态势信息和无人机群的状态信息， 该实况态势信息在 各个无人机的传感器模块中交 互传递， 生成无 人机的各种运动状态； 运行模块， 仿真前指定使用的任务文件并发起仿真任务， 调取数据模块中的模型和脚 本文件进行仿真模拟， 仿真时调用传感器模块获取 的实况态势信息， 根据期望状态计算生 成控制指令， 将该控制指令发送给传感器模块使其生成新的运动模型， 更新无人机群的状 态信息； 日志文件 模块， 用于记录运行模块的仿真模拟数据。 2.根据权利要求1所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台， 其特征在于： 所述任 务文件为仿真模拟的具体任务， 包括任务类型以及仿真模拟的参数； 任务类型包括对抗任 务、 博弈任务、 协同任务或回放任务； 仿真模拟的参数包括无人机架数、 初始坐标、 地图尺 寸。 3.根据权利要求2所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台， 其特征在于： 所述数 据模块中的模型为仿真中的3D飞机模型； 所述脚本文件为无人机飞行方式的底层控制逻 辑， 是无人机能够进行飞行姿态变化的基础。 4.根据权利要求3所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台， 其特征在于： 所述传 感器模块包括： 信息获取插件， 获取当前环境实况态势信息以及无人机群的状态信息， 转换为传感器 测量值发送给控制器插 件； 控制器插件， 获取信息获取插件发送的信息并进行计算转换， 通过神经网络训练得到 下一时刻的期望状态， 转换控制指令发送给运动模型插 件； 运动模型插 件， 根据接收到的执 行指令调整俯仰角、 偏航、 推力， 生成无 人机群新状态。 5.根据权利要求4所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台的工作方法， 其特征 在于： 包括以下步骤： 步骤1， 在任务文件 模块中编辑任务文件并通过运行模块读取 该任务文件； 步骤2， 根据任务文件判断任务类型为对抗任务或博弈任务或协同任务 时， 调用数据模 块的模型和脚本文件进行环境配置然后转入 步骤3； 判断任务类型为回放任务时， 调用回放功能配置然后转入步骤5； 步骤3， 调用平台各模块进行集群仿真； 步骤4， 输出步骤3集群仿真模拟情况， 并对该对仿真模拟情况进行评价， 输入得分情 况， 一并输入日志文件 模块进行存 储， 以便调用； 步骤5， 读取日志文件 模块中存 储的数据， 进行仿真回放。 6.根据权利要求5所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台的工作方法， 其特征 在于： 所述 步骤1中运行模块的工作流 程包括： 步骤1.1， 构建平台底层执行逻辑， 读取各个插件设置、 设置无人机仿真模拟过程中的 各类逻辑判断、 集成轻量级神经网络ti ny‑dnn用于飞行对战学习；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113887134 A 2步骤1.2， 依据任务文件中的设定， 执 行相应的仿真模拟。 7.根据权利要求5或6所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台的工作 方法， 其特 征在于： 所述 步骤3具体为： 步骤3.1， 通过信息获取插件获取信 息， 该信息包括环境实况态势信息以及无人机群的 状态信息； 步骤3.2， 将步骤3.1获取的信息传入传感器模块的插件中， 并在各个传感器插件之间 流通传输， 通过改变无人机的推力、 俯仰、 滚转、 偏航以改变无人机的状态， 生成新的无人机 群的状态信息； 步骤3.3， 步骤3.2生成的新无人机群的状态信息反馈给步骤3.1的信息获取插件， 根据 新的状态信息再次进行计算和状态变化， 使得 无人机可以进行实时的状态改变。 8.根据权利要求7所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台的工作方法， 其特征 在于： 所述步骤3.1中的环境实况态势信息m包括感知周围n架无人机的相 对位置、 速度、 相 对航向和距离， 记为mt,i， 下标t、 i表 示在t时刻第i架无人机， i＝1 …n； 所述无人机群的状态 信息包括实时敌我飞机数量、 飞行状态和位置 。 9.根据权利要求8所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台的工作方法， 所述步 骤3.2具体为： 步骤3.2.1， 将步骤3.1获取的信息输入自定义插件， 根据自定义插件定义的算法和功 能计算出 下一步的期望状态； 步骤3.2.2， 根据该期望状态生成控制信息输入控制器插件， 控制器插件将第i个无人 机在t时刻的局部态势信息 mt,i输入神经网络， 训练得到下一时刻的一个可行飞行状态信息 at+1,i， 并将该状态信息解码， 转换为PID控制器的控制指令发送给运动模型插 件； 步骤3.2.3， 运动模型插件根据控制指令改变无人机的推力、 俯仰等以改变状态， 使无 人机从状态at,i到达新状态at+1,i； 步骤3.2.4， 无人机间通过交互插件进行仿真模拟对抗， 将实况状态信息返回步骤 3.2.1进行 再次计算， 使无 人机能够进行实时的状态变化以应对环境态 势的改变。 10.根据权利要求8或9所述的大规模轻量级的无人集群试验仿真平台的工作方法， 其 特征在于： 步骤4具体为： 无人机集群完成一次仿 真输出一次仿 真模拟情况并存储记录在日 志文件模块， 同时将该仿真模拟情况输入指标插件以评估仿真情况， 指标插件依据设定的 奖赏函数分析集群仿真中无人机的飞行状态和交互情况， 计算得出得分情况存储记录在日 志文件模块。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113887134 A 3