郑州航空工业管理学院
无人驾驶航空器系统工程专业综合实验平台建设项目
关键词：飞控开发、仿真训练、组装调试、无人机集群
解决方案：多智能体协同创新实验室解决方案
| 项目背景
无人机行业是当前发展迅速、技术综合性强和应用前景好的朝阳行业。基于民航行业需求与发展，越来越多的高等院校增设无人驾驶航空器系统工程专业，用于培养适应民航需求的复合型创新人才，持续为航空航天领域固本强基。
无人驾驶航空器系统工程是交叉学科的产物，是多个学科的综合应用，其中包含了大数据、人工智能、机械设计、计算机科学等。作为新型自动化专业，从专业建设角度出发，从教学方案到教学设施均强调有坚实的硬件和软件基础。经调查，多数高校在开展相关教学时往往存在以下困难：
（1）缺乏易用性。整个平台设计工具链复杂庞大，从零开始搭建费时费力，使用不够便捷；
（2）缺乏系统性。缺乏系统性的平台搭建，有的只是设备的拼凑，并未形成统一的体系；
（3）缺乏标准性。现有各分散的软硬件存在使用标准、软件接口、通讯协议不统一，相关源码不开放，学习掌握和二次开发难度较大的缺点；
（4）缺乏体验性。对于非专业领域的人员，缺乏体验互动的能力，不能参与其中，不能激发学习兴趣；
（5）缺乏教学资源。由于平台搭建缺乏系统性，间接也导致在教学资源上存在资源配套不完整，或者相互之间并无联系，不能做到前后呼应，承上启下，从而不能让学生快速掌握专业技能。
为满足专业建设及人才培养需求，卓翼智能结合飞思实验室标准产品提出多智能体协同创新实验室解决方案，实验室作为支撑载体服务于例如自动化、机器人工程、人工智能等相关专业的建设与人才培养，为学生实践提供教学环境。同时配套提供一站式的教学服务支持，为高校在专业建设及相关课题研究，提供更好的支撑。
| 解决方案
基于郑州航空工业管理学院无人驾驶航空器系统工程专业建设需求，飞思实验室为其提供了集飞控开发、仿真训练、组装调试、无人机集群控制为一体的完整的实验室建设方案，用以完成无人驾驶航空器系统工程专业课程相关实验。同时，提供了与实验装置配套，符合无人驾驶航空器系统工程专业需求的开发和仿真软件，实验设备在满足基础实验教学任务要求的同时，还需具备较强的开放性和研究性，以供学生研究、开发使用。
实验室按需规划为两个核心实验室区域，分别是房间A、房间B。房间A从左至右分别设置飞控开发实训室、仿真训练实训室、组装调试实训室三个教学区；房间B用于建设无人机集群控制开发实验室。
| 核心系统组成
软件部分—仿真实验平台
RflySim仿真系统是专为无人系统飞控开发、大规模集群协同、人工智能视觉等前沿研究领域、研发的一套高可信度的无人控制系统开发、测试与评估平台。基于RflySim的开发通常包括以下五个阶段：建模阶段、控制器设计阶段、软件在环仿真阶段、硬件在环仿真阶段和实飞测试阶段。通过MATLAB/Simulink的自动代码生成技术，控制器能够被方便地自动下载到硬件中，用于HIL仿真和实际飞行测试。平台提供飞控仿真、集群仿真、视觉仿真，支持多旋翼、固定翼、无人车等多种构型的智能体。
实飞实验平台
卓翼智能经过多年的技术积累已经研发出多种四旋翼无人机实验平台，可根据高校教学实验内容提供不同轴距、不同载重的无人机，支持搭载各类传感器（激光雷达、单目相机、双目相机），支持多种定位方式（光学定位、UWB定位、RTK定位），支持室内/室外飞行，可以满足多种不同环境下的教学实验。
实验课程
实践课程涵盖多旋翼无人机的专业基础能力培养、专业核心能力培养、综合实践能力的培养。每个实验任务又可分为由浅入深的三个实验阶段，即基础实验阶段、分析实验阶段和设计实验阶段，借助具体的实验对象，构建控制系统的整体概念。
| 项目总结
多智能体协同创新实验室解决方案可为高校在专业建设及相关课题研究提供有力支撑，助力高校实现从“仿真实验”到“实飞实验”的教学过程，并在整个学习过程中，根据不同阶段开设基础实验、分析实验和设计实验增加理论知识与实践的结合。将控制算法在仿真平台进行充分验证，再通过自动代码生成技术，将代码移植到真机进行实飞实验。从而将仿真与实飞结合起来，逐步提升学生实践能力。
