人类越来越需要避免接触“沉闷、肮脏或危险”( 1)任务与持续多学科技术的进步在过去的二十年是指数增长背后的主要原因开发、部署和运行无人自治系统(uas)。二十多个国家已投入大量资源对发展和制造uas广泛的应用,在军事和民用领域 2]。虽然人类的人员是整个系统的一部分,UAS作为主要组件包括一个或多个无人机(uv)完成任务中的角色与不同程度的自治权,从远程控制完全自动化任务完成( 3, 4)包括适应和决策以应对不断变化的业务条件。大多数无人机应用程序依赖于飞行器(无人机);然而,土地、海洋和太空飞行器也常用实现在系统内主要或次要的角色。美国军方目前超过数十无人机平台服务 1]从小型到全尺寸飞机不同的推进系统,包括固定翼uv,旋转翼uv,飞艇。的 捕食者和 全球鹰(空军) 猎人(军队), 先锋(海军陆战队)只是一些最著名的。20多个系统都是基于无人地面车辆(作出)和海上无人机超过15 (UMVs)。

增加了复杂性的要求任务和高水平的自主权决定了当前和未来的无人机设计成为越来越多的系统性和聪明。个人代理组成“无人飞行系统”是众多复杂和功能不同的功能和特性。此外,uas称为扩展内操作,不确定,,有时,极端的环境条件,可能在复杂的社会政治背景下完成任务和任务要求高水平的智力。个人代理的新奇和复杂性特点和交互内外UAS构成新的挑战在所有阶段,研究、设计、测试和运行产品生命周期。充分受益于无人机系统特点和协同能力,方法在每个阶段是必要的,需要应用跨平台、子系统、运营领域,环境,任务和应用程序。这些方法必须基于“系统的系统”的角度解决相关问题的复杂性、集成、传染性和互操作性内外UAS。在这种背景下, 国防部(DOD)注册表信息技术标准( DISR)(原 国防部联合技术架构)[ 5制定一个在所有国防部信息技术系统的总体框架。4 d / RCS架构( 6)建立一个参考模型对无人机的结构和组织软件以确保系统集成、有效性,以及互操作性。与标准和体系结构等 联合无人系统架构(姚斯)建立“共同的语言包含定义良好的消息,使无人系统之间的内部和外部的交流”( 7)提供一个框架,对车辆平台无关,任务,计算机资源,技术,操作使用。该策略采用“无人飞行系统”的设计和操作必须扩展到足够的仿真工具的发展( 8],被称为支持程度的早期“无人飞行系统”开发人员在确定所需的整个复杂系统的功能在复杂的经营环境。这个目标可以实现,如果特征的机制成子系统在无人机和outside-impact正确识别系统性能,彻底调查和了解。需要解决的关键方面是相互依赖的,健壮性、协同作用,以及发展潜力专用的策略,方法、指标,并通过仿真软件进行建模和测试。面对这些挑战和解决所有这些不同的,复杂的,和系统性问题,仿真工具,本身就是不同的,复杂的,灵活的,可维护的( 9),从“系统的系统”的角度和设计是必要的。

通常,无人机建模与仿真的努力已经指向支持特定的应用程序,主要集中在车辆动力学和控制( 10- - - - - - 15]。商用飞行模拟软件包可以定制和用于有限UAS分析 16]。大规模的努力集中在通用性、集成和互操作性包括美国陆军 多个统一模拟环境(沉思) 17), 海军航空系统司令部(NAVAIR)无人机无人作战飞行器(UCAV)分布式仿真的基础设施( 18),美国和英国联合分布式仿真环境, 项目丘吉尔( 1),波音公司的人在回路空对空系统性能评价模型(MILAASPEM) [ 19), MissionLab机器人的设计和测试配置( 20.), 模块化的半自动部队(ModSAF)进化成工作 21, 22]。

仿真工具目前专注于有限/孤立的设计问题和/或人员培训。总体而言,它们都是缺乏的功能寻址的高复杂性和系统性UAS在所有类型的代理,任务,操作和环境条件。他们也无法提供足够的手段进行全面的测试和评价。在这项努力,尝试制定奠定基础的一个概念性的框架的集成无人机仿真环境(UAS-SE)提供灵活全面的仿真工具开发、测试、验证和验证无人机。主要组件和它们的相互作用分析目的从“系统的系统”的角度进行测试和评估(T&E) UAS在所有业务领域包括所有类型的车辆、车载和外部任务设备、个人代理智能,人类的经营管理者,静态和动态环境下,通信和信息的流动,不同的任务场景和目标。通过仿真模型的可用性和性能评估工具是确定调查和未来发展的方向。

在下一节中,主要战略目标定义概念框架概述。的顶层架构模拟环境部分所示 3。在部分 4和 5、输入和输出模块。中央组件UAS-SE分组的 模拟核节中描述 6其次是结论和引用的列表。

uas通常包含的复杂和不同的实体包括几类人的人员。全面UAS-SE必须模型所有这些组件,包括具体特征相关的情报系统,复杂性,自主操作,和协同操作。分层模块化的结构必须定义非常灵活,这样它可以组织特别取决于具体的仿真模式和组合模式等 (我)

测试和评估,

具体模拟场景与这些模拟模式。UAS-SE必须允许的功能的选择和定制的和灵活的制定这些场景包括各种各样的 (我)

代理和系统自治水平,

的主要概念框架的战略需求可以概括如下。 (我)

地址直接无人机系统的复杂性和系统性特征。

全面UAS-SE的顶级框图如图 1。UAS-SE由 模拟核,一个 输入模块,和一个 输出模块由两类人员, 模拟人类的经理和 模拟人类操作员。UAS-SE为特定的操作模式,互动与外部硬件和/或操作员是可能的。

在仿真之前, 模拟人类管理器(SHM)提供所有必要的数据为一个完整的描述的系统和子系统以及兼容模拟的完整菜单选项根据客观需求和可用性的数据和/或例程。注意,单孔位微吹气扰动与其他自动/虚拟”不应被混淆 经理”,这是“无人飞行系统”的组件或外部系统。

的 模拟人类操作员(商店)也称为“用户”交互式地定义了仿真过程通过提供特定的信息类型和数量的系统组件,一般模拟模式,模拟复杂层面,具体的目标或任务,一般任务条件下,任务细节,测试和评估场景。注意,使用模拟的商店是一个真正的人,不得与其他类别的混淆“操作员”是“无人飞行系统”的一部分和/或外部系统和UAS-SE建模。

的 输入模块(见图 2)包括以下四子: (我)

操作界面,

的 操作界面包括所有的软件元素允许用户程序交互仿真定义和初始化。用户友好的图形用户界面是必要的,允许模拟场景的设置通过选择所有相关参数如模拟模式,系统组件的数量和类型,任务类型和细节,个人代理操作的复杂程度,以及系统集成。

的 一般系统数据文件包含所有必要的预加载信息正确地执行整个组合格的仿真系统和组件的配置。他们是人类管理器提供的模拟。

的 仿真管理器子模块准备基本的仿真框架根据运营商的选择。它能够识别仿真配置,监控运营商之间的兼容性的互动选择和可用的数据,处理数据,并分发的模块 模拟核。

的 模拟模式sub-module组仿真场景在几个类别中列出的部分 2——管理的具体参数和模拟相应的配置。

的 输出模块(见图 3)包括以下四子模块: (我)

输出管理器,

的 输出管理器组织选择、处理、存储和显示的数据根据运营商的选择。

的内容 输出数据数值模拟的结果,其结构可以预先确定的或特别要求的操作符。

的 输出接口包括所有的软件元素允许程序,显示,存储数值模拟的结果根据用户的需求和选择。

的 评价指标sub-module处理输出数据来确定参数相关性能和有效性评估基于用户输入和测试和评估场景。指标和任务场景必须能够捕获系统,自适应,聪明的“无人飞行系统”的性质。UAS-SE必须提供的功能评估组件性能还子系统和系统协同作用,换句话说,评价个人代理交互与合作的影响总体性能和功能。

整体作战效能的评估作为最终目标,无人机必须解决以下问题的差旅和假定所有建筑的水平,也就是说,组件,子系统和系统: (我)

的性能,

性能水平的评估意味着评估代理履行其设计/系统重要的功能作用。其中一些功能很容易表达为物理量和形式等基本设计参数最大高度和速度对飞机或传感器的测量精度。单个组件的许多这样的功能在最低层次级通过足够的嵌入到仿真建模。确定组件的性能是很重要的在整个操作信封和极端的存在,不利条件以及在故障或故障的发生。定义的更具挑战性的任务指标,算法,以及测试场景的定量评价复杂系统是目前正在接受调查 23, 24]。第一步为可替换主体绩效评估总体框架执行( 25- - - - - - 27]。然而,制定更合适的通用标准和程序需要解决。评估水平的智能行为的“无人飞行系统”及其对整体性能的影响是一个关键的方面。人类与人工智能必须考虑这一任务。为此制定指标是非常具有挑战性的考虑到认知过程和智能行为的机制不是很清楚和足够的模型尚未公布。近年来,重大努力执行的评估人类操作员和无人机等功能 态势感知( 28, 29日), 感知( 30.),而 人与机器人团队互动( 31日, 32]。虽然一般的社会影响机器人应用程序偶尔承认( 24),“无人飞行系统”的社会和政治影响的上下文中只讨论接受空中无人机到无限制的领空( 33]。然而,预计“无人飞行系统”将影响越来越多的人更多的不同的方式。还应该认识到,人类的决策过程是经常受到社会、文化和政治方面。它是合理地预计,人工智能也会将这些特性。因此,有必要考虑在未来综合UAS-SE适当的决策过程的建模和广义性能评估。

可用性是由无人机及其组件 可靠性, 可维护性, 可支持性。 可靠性可以被定义为系统完成分配任务的预期寿命在一定程度的性能在特定的条件下( 34]。这个特性可以用统计故障发生如平均故障间隔时间和平均失效的数量每小时的操作( 15, 35]。失败是认为防止任务的完成或减少显著水平的性能。他们可以分为硬件故障或人类或人工智能的结果失败由于缺乏态势感知,错误或者风险决策,疲劳,等等。 可维护性是一个系统的特点来维持连续完整的功能操作正常纠正,预测或预防性维护。在这一领域有限的信息是可用的。软件可维护性度量开发( 36]。分析模型来评估的可靠性和可维护性对服务质量的影响公交系统是基于马尔可夫链( 37]。的 可支持性系统基本上可以视为维持连续的全功能操作的能力减少后勤资源( 38, 39]。

运营效率的数量和复杂性决定了吗 维护, 后勤支持, 系统操作需要满足无人机的任务。所有权和经营成本也是需要考虑的一个重要方面。其他评价指标制定只对系统操作( 31日]。

操作多功能性包含系统等特点 灵活性, 适应性, 可组合性。 灵活性代表系统的能力来执行相同或非常相似的任务与不同的组件和/或架构。灵活性评价指标提出了罗比et al。 40]。 适应性修改系统的能力,重新分配,或整合资源来维持一定程度的性能在修改操作需求,改变内部参数(如故障),或不同的环境条件。提出了指标仅供软件架构( 41, 42]。最后, 可组合性可以被定义为系统的功能使用重构实现具体目标的构建块( 43]。这个概念最近收到了大量的关注与可组合软件和仿真环境的发展。然而,无人机可组合性的评估水平还有待解决。

应该注意的是,“无人飞行系统”的直接评价 可用性、运营效率和运营通用性必须附有一个评估的影响 性能功能。

的 模拟核包括六个主要组件。第一个UAS四个模块形式: (我)

个人代理模块,

一个全面的概念框架发起了开发一个集成仿真环境的目的集中在“无人飞行系统”的测试和评估。

高级结构和仿真环境的构建块已经制定基于当前和未来的需要的功能和性能。

概念框架地址直接无人机系统的复杂性和系统性特征。它赋予性能和效能评估工具的发展高度自适应智能系统。

综合仿真环境具有高度的通用性和涵盖了无人自治系统的多样性及其任务在所有业务领域。

的当前状态的艺术造型和性能评估无人机及其组件已被评估和需求和差距确定为未来的调查。