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1、无人机三维航迹监视软件设计研究 摘要:利用OSG与地理信息技术，开展无人机飞行航迹的三维显示所涉及的地形仿真、三维模型加载与驱动、航迹绘制与显示技术的研究，构架软件的运行框架。借助VS2010开发平台完成三维航迹监视软件相关功能的开发，通过相关实际飞行数据的实时测试，对软件的三维航迹监视功能进行验证。关键词:OSGEarth;三维航迹;无人机随着计算机技术、虚拟显示技术与地理信息技术的广泛发展，二维空间的平面显示已远远不能满足人们的显示需求，而以三维仿真地形、三维模型相结合的虚拟现实技术与仿真越来越受到人们的重视。三维虚拟显示能够形象反映仿真对象实时的空间态势信息，通过仿真地形与三维模型的相对
2、运动，观察对象的时间域仿真得以更充分地表达。在无人机执行飞行任务过程中，三维航迹的显示显著提升操作人员对无人机当前的飞行姿态、飞行位置、飞行路径的感观认识，有效辅助操作人员进行后续飞行姿态、位置与路径的动态调整，促使无人机以更安全的姿态、合适的路径完成飞行任务。本文通过开源程序OSGEarth来实现无人机飞行航迹的三维显示。1三维场景构建利用OSG/OSGEarth的程序接口或工具，可完成三维地形的仿真生成、数据加载、模型控制显示，进而具备基于VS2010开发平台的无人机三维航迹监视软件设计的基础。1.1仿真地形生成osgdem是一个地形快速生成工具，用于读取地理空间图像和高程图,生成大规模的
3、3D地形数据库。通过集成osgdem工具的vpm，可实现高程数据与纹理地图相匹配的仿真地形的快速生成，生成命令如下：osgdem-xx15-yy15-tlaypicture.tif-xx15-yy15-ddem.tif-l6-v0.2-o3Doutput.ive创建的仿真地形如图1所示。1.2场景数据加载OSGEarth加载earth文件，通过解读文件中定义数据格式，完成地图场景的数据加载及显示。数据加载流程如下：（1）读取earth文件，剖析得到数据属性，渲染属性的Conf信息；（2）分解Conf属性，构建场景地图map对象，得到map对象及options对象：（3）根据map对象及opti
4、ons对象，创建地图节点mapNode，得到地图操作节点；（4）将mapNode节点加入场景视图中，通过分页LOD动态调度进行组织渲染，从而拥有地形的三维场景。1.3模型回调控制在无人机飞行过程中，其空间位置与姿态实时发生变化，为实现三维模型的位置与姿态更新，需通过OSG的模型回调机制，完成模型在仿真场景中位置与姿态渲染。回调机制如下：（1）场景中加载无人机的三维模型，设置初始位置及姿态信息；（2）接收外部数据，获取无人机实时的位置及姿态信息，将信息传递给回调函数中变化参数；（3）通过osg:NodeCallback回调派生类在场景渲染时，依据实时位置与姿态信息更新模型的相关信息。2软件设计无
5、人机三维航迹监视软件包含地图初始化、数据接收、模型控制、三维航线显示、视角切换等功能，各模块间协调配合完成无人机三维航线的绘制与监视功能。2.1软件架构层次软件以vs2010为开发平台，利用OSG/OSGEarth开源程序，开发基于MFC框架的无人机三维航迹监视软件，构建场景地图层、数据通信层、模型显示层及软件控制层来实现主要功能。场景地图层通过OSGEarth完成各种地图数据的快速生成与叠加，是软件监视无人机状态的前提；数据通信层完成外部数据的接收与解析，获取场景中无人机实时位置与姿态信息；模型显示层完成场景中三维模型及航迹的动态更新，仿真实际飞行效果；软件控制层用于对场景中图元进行状态及属
6、性的变更，观察视角的切换等。2.2软件运行在外部无人机仿真数据的驱动下，软件运行效果如图2所示。监视画面流畅稳定，仿真效果逼真。3功能验证通过系统地软件测试，表明无人机三维航迹监视软件功能正常，界面操作流畅，性能良好。在无人机实时飞行过程中，无人机实时位置与姿态信息通过三维模型的即时响应，生动地向用户展示超视距状态下无人机的飞行状态，满足软件开发时既定的应用场景与用户需求。4结论三维航迹监视软件实现已应用于相关项目中，对用户监控无人机实时状态有极大的视觉效果提升，极大地提高软件控制的集成度，配置文件的接口设计有效解决用户需求动态变更而带来软件变更的问题。软件界面的操作方式、页面调度及动态配置的方法，也为后续其他型号相关软件的研发提供可靠的借鉴。参考文献1陈侠.移动威胁下的无人机三维航迹规划J.上海交通大学学报,2014(10):1400-1405.2刘海桥.无人机三维航迹规划与可视化仿真J.火力与指挥控制,2011(07):72-75.3万红坡,席庆彪,田雪涛.基于OpenSceneGraph的无人机雷达载荷视景仿真应用研究J.计算技术与自动化,2011,30(03):42-46.4杜俊贤.基于OSG的虚拟场景中运动控制与交互技术研究D.武汉理工大学,2010.
无人机三维航迹监视软件设计研究
