Инструментальная визуализация прибора рейса для беспилотника
Импортируйте и визуализируйте журнал рейса беспилотника с помощью 3-D анимаций и инструментальных приборов рейса. Этот пример получает обзор высокого уровня эффективности рейса в MATLAB® с помощью Инструментов Рейса (Aerospace Toolbox) функции в Aerospace Toolbox™. Затем чтобы просмотреть сигналы в пользовательском интерфейсе в Simulink®, пример использует Инструменты Рейса (Aerospace Blockset) Инструменты Рейса (Aerospace Blockset) блоки из Aerospace Blockset™
Пример извлекает сигналы интереса из файла ULOG и воспроизводит траекторию рейса UAV в MATLAB. Затем те сигналы воспроизводятся в модели Simulink с помощью инструментальных блоков.
Импортируйте журнал Рейса
Файл журнала беспилотника записывает информацию о рейсе в интервалах постоянного времени. Эта информация дает понимание эффективности рейса. Инструмент рейса измеряет переменные экранной навигации, такие как отношение, высота и заголовок беспилотника. Файл журнала ULOG для этого примера был получен из модели самолета, запускающейся в средстве моделирования Gazebo.
Импортируйте файл журнала с помощью ulogreader. Создайте flightLogSignalMapping объект для файлов ULOG.
Чтобы изучить соглашение сигналов, модули и их система координат, смотрят информацию в plotter объект. Эта информация о модулях в файле журнала становится важной при соединении сигналов с инструментальными приборами рейса.
data = ulogreader("flight.ulg"); plotter = flightLogSignalMapping("ulog"); info(plotter,"Signal")
ans=18×4 table
SignalName IsMapped SignalFields FieldUnits
_____________________ ________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________
"Accel" true "AccelX, AccelY, AccelZ" "m/s^2, m/s^2, m/s^2"
"Airspeed" true "PressDiff, IndicatedAirSpeed, Temperature" "Pa, m/s, degreeC"
"AttitudeEuler" true "Roll, Pitch, Yaw" "rad, rad, rad"
"AttitudeRate" true "BodyRotationRateX, BodyRotationRateY, BodyRotationRateZ" "rad/s, rad/s, rad/s"
"AttitudeTargetEuler" true "RollTarget, PitchTarget, YawTarget" "rad, rad, rad"
"Barometer" true "PressAbs, PressAltitude, Temperature" "Pa, m, degreeC"
"Battery" true "Voltage_1, Voltage_2, Voltage_3, Voltage_4, Voltage_5, Voltage_6, Voltage_7, Voltage_8, Voltage_9, Voltage_10, Voltage_11, Voltage_12, Voltage_13, Voltage_14, Voltage_15, Voltage_16, RemainingCapacity" "v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, v, %"
"GPS" true "Latitude, Longitude, Altitude, GroundSpeed, CourseAngle, SatellitesVisible" "degree, degree, m, m/s, degree, N/A"
"Gyro" true "GyroX, GyroY, GyroZ" "rad/s, rad/s, rad/s"
"LocalENU" true "X, Y, Z" "m, m, m"
"LocalENUTarget" true "XTarget, YTarget, ZTarget" "m, m, m"
"LocalENUVel" true "VX, VY, VZ" "m/s, m/s, m/s"
"LocalENUVelTarget" true "VXTarget, VYTarget, VZTarget" "m/s, m/s, m/s"
"LocalNED" true "X, Y, Z" "m, m, m"
"LocalNEDTarget" true "XTarget, YTarget, ZTarget" "m, m, m"
"LocalNEDVel" true "VX, VY, VZ" "m/s, m/s, m/s"
⋮
Извлеките сигналы интереса
Чтобы визуализировать рейс беспилотника с помощью инструментальных приборов, извлеките отношение, положение, скорость и скорость полета в каждый такт. Задайте соответствующее имя сигнала из информационной таблицы на предыдущем шаге. Вызовите extract функция с соответствующими именами сигнала. Элемент временного вектора сигналов настроен так, они запускают в 0 секунд.
% Extract attitude and roll-pitch-yaw data. rpy = extract(plotter, data,"AttitudeEuler"); rpy{1}.Time=rpy{1}.Time-rpy{1}.Time(1); RollData = timetable(rpy{1}.Time,rpy{1}.Roll,... 'VariableNames',{'Roll'}); PitchData = timetable(rpy{1}.Time,rpy{1}.Pitch,... 'VariableNames',{'Pitch'}); YawData = timetable(rpy{1}.Time,rpy{1}.Yaw,... 'VariableNames',{'Yaw'}); % Extract position and xyz data. Position = extract(plotter, data,"LocalNED"); Position{1}.Time = Position{1}.Time-Position{1}.Time(1); X = timetable(Position{1}.Time,Position{1}.X,... 'VariableNames',{'X'}); Y = timetable(Position{1}.Time,Position{1}.Y,... 'VariableNames',{'Y'}); Z = timetable(Position{1}.Time,Position{1}.Z,... 'VariableNames',{'Z'}); % Extract velocity data. vel = extract(plotter, data,"LocalNEDVel"); vel{1}.Time=vel{1}.Time-vel{1}.Time(1); XVel = timetable(vel{1}.Time,vel{1}.VX,... 'VariableNames',{'VX'}); YVel = timetable(vel{1}.Time,vel{1}.VY,... 'VariableNames',{'VY'}); ZVel = timetable(vel{1}.Time,vel{1}.VZ,... 'VariableNames',{'VZ'}); % Extract Airspeed magnitude data. airspeed = extract(plotter, data,"Airspeed"); Airspeed = timetable(airspeed{1}.Time,airspeed{1}.IndicatedAirSpeed,... 'VariableNames',{'Airspeed'});
Преобразуйте единицы и предварительно обработайте данные для приборов
Наши данные о записях журнала рейса в единицах СИ. Инструментальные приборы рейса требуют преобразования в Космическую Стандартную Модульную Систему, представленную английской Системой. Это преобразование обработано в блоке визуализации, доступном в присоединенной модели Simulink для пользователя. Координатор поворота указывает на уровень рыскания самолета с помощью показательного банковского движения (который отличается от угла крена). Для того, чтобы вычислить уровень рыскания, преобразуйте угловые уровни от системы координат тела до системы координат транспортного средства, как приведено ниже:
Мяч уклономера в координаторе поворота указывает на занос самолета. Этот угол заноса основан на углу между корпусом самолета и вычисленной скоростью полета. Для точной скорости полета требуется хорошая оценка вектора скорости и вектора ветра. Самый маленький БПЛА не обладает датчиками, чтобы оценить данные о векторе ветра или скорость полета при полете. БПЛА может стоять между 20-50% их скорости полета в форме встречных ветров.
- =
Чтобы вычислить занос и поворот, извлеките ветер и данные об уровне отношения непосредственно из файла журнала.
% Extract roll, pitch and yaw rates and an estimated windspeed. [p,q,r,wn,we] = helperExtractUnmappedData(data); % Merge timetables. FlightData = synchronize(X,Y,Z,RollData,PitchData,YawData,XVel,YVel,ZVel,p,q,r,Airspeed,wn,we,'union','linear'); % Assemble an array for the data. FlightDataArray = double([seconds(FlightData.Time) FlightData.X FlightData.Y FlightData.Z FlightData.Roll ... FlightData.Pitch FlightData.Yaw,FlightData.VX,FlightData.VY,... FlightData.VZ,FlightData.p,FlightData.q,FlightData.r,FlightData.Airspeed,FlightData.wn,FlightData.we]); % Ensure time rows are unique. [~,ind]=unique(FlightDataArray(:,1)); FlightDataArray=FlightDataArray(ind,:); % Preprocess time data to specific times. flightdata = double(FlightDataArray(FlightDataArray(:,1)>=0,1:end));
Визуализируйте стандартные инструментальные данные о рейсе в MATLAB
Чтобы получить быстрое представление о рейсе, используйте интерфейс анимации, введенный в Данных о Траектории Рейса Отображения Используя Инструменты Рейса и Анимацию Рейса (Aerospace Toolbox) пример. Функция помощника helperDroneInstruments создает инструментальный интерфейс анимации.
helperDroneInstruments;
Набор Анемотахометра указывает на скорость беспилотника. Индикатор Artificial Horizon показывает отношение беспилотника, исключая рыскание. Индикатор Altimeter и Climb Rate показывает высоту, как зарегистрировано в барометре и датчиках скороподъемности соответственно. Координатор Поворота указывает на уровень рыскания самолета и заноса. Если скосы уклономера к левому или правому, это обозначает ситуация с блоком или промах. В скоординированном повороте занос должен быть нулем.
Визуализируйте сигналы в Simulink
В Simulik можно создать пользовательскую визуализацию сигналов с помощью инструментальных блоков, чтобы помочь диагностировать проблемы с рейсом. Например, напряжение и данные о батарее в файлах журнала могут помочь диагностировать отказы из-за несоответствующей степени или скачков напряжения. Извлеките эти данные о жидком тесте ниже, чтобы визуализировать их.
% Extract battery data. Battery = extract(plotter,data,"Battery"); % Extract voltage data from topic. Voltage = timetable(Battery{1}.Time,Battery{1}.Voltage_1,... 'VariableNames',{'Voltage_1'}); % Extract remaing battery capacity data from topic. Capacity = timetable(Battery{1}.Time,Battery{1}.RemainingCapacity,... 'VariableNames',{'RemainingCapacity'});
Откройте 'dronegauge' модель, которая берет загруженные данные и отображает их на различных приборах и фигуре анимации UAV.
open_system('dronegauges'); 
Запустите модель. Сгенерированный рисунок показывает траекторию UAV в режиме реального времени, и приборы показывают текущий статус рейса.
sim('dronegauges');