5. 未来功能展望（Future Features）

5.1 兼容ROS的顶层视觉/决策算法开发（ROS compatible top-level vision/decision algorithm development）

• 单电脑下开发&测试单一视觉功能，成本低、效率高；Windows下开发，易用强、门槛低；
• 多硬件下测试整个视觉&决策整体，更逼真、高可信；Linux/ROS下开发，本符合实际开发。

5.2 可靠视觉算法真机迁移流程（Reliable vision algorithm real machine migration process）

• 直接将Pixhawk/PX4飞控的输出插在电调，图像获取接口连接相机，即可完成真机迁移。优点：无缝衔接，不需要任何额外修改，高逼真的三维场景。

5.3 环境场景/障碍物的动态生成与配置（Dynamic generation and configuration of environment scenarios/obstacles）

• 支持通过UDP/ROS动态改变场景地图、改变飞机三维样式、动态创建障碍物（其他飞机、跟踪靶标、人物、标定板、桌椅等）、动态改变飞机视角（位置、方向、焦距等）、改变三维引擎输出图像分辨率等。
  
  

5.4 外部传感器支持（External sensor support）

• 传感器数据分为两类：直连飞控的外部传感器（磁罗盘、差分GPS、光流测速等），另一类是直连机载计算机的视觉传感器（双目、Lidar、深度相机等）。
• 飞控传感器通过Simulink等程序直接生成传入Pixhawk飞控。
• 视觉传感器通过RflySim3D三维环境引擎生成，随图像传入机载计算机。
  
  
  

  注:我们的RflySim3D三维环境引擎和Airsim一样都是基于Unreal Engine 4开发的，因此可以支持所有Airsim已有的传感器。

5.5 故障建模与注入（Fault modeling and injection）

• 除了基础功能的测试，无人机的故障情况下的安全/可靠性测试也至关重要。
• 本系统将故障总结为三类：
• 模型故障（与飞机数学模型有关）
• 通信故障（与数据交互传输有关）
• 环境故障（与三维场景有关）
  
  

5.5 故障建模与注入（Fault modeling and injection）
故障模拟&评估

• 模型故障：提供Simulink模型和外部触发接口，可自行加入任意故障。
• 通信故障：所有通信链路经过统一接口转发，可模拟延迟、丢包等
• 环境故障：障碍物等在三维引擎中生成
  
  

5.6 分布式仿真框架（Distributed Simulation Framework ）

• 每台电脑的处理能力有限，无法做到任意数量的无人机六自由度高粒度仿真，因此需要采用分布式组网的方法。RflySim平台主要是QGC和RflySim3D占用计算资源，需要较高的CPU和显卡配置，模型和控制器占用资源较小。初步测试：配置较好的电脑软件在环仿真能稳定15架次以上，不运行QGC和RflySim3D数量增加，使用Pixhawk硬件在环仿真可再翻倍。
• 对于集群控制，单台高性能台式电脑开一个RflySim3D窗口的情况下，进行集群的软件在环仿真，大约能稳定运行15架飞机，如果要仿真大规模无人机集群，可在局域网中增加更多电脑来进行组网，方式如下图。
• 对于视觉控制，单台高性能台式电脑大约可以实现两架飞机，共四个视角的视觉仿真（或三台飞机单目视觉仿真），如果要仿真更多飞机的带视觉的闭环仿真，可在局域网中组网，方式如下图。

5.7 分布式通信优化（Distributed communication optimization）

• 在每台仿真计算机中可以开启多个CopterSim仿真器并连接多个Pixhawk飞控和机载计算机硬件，组成多个带视觉闭环的无人机仿真子系统。然后在一个局域网中，又可以同时接入多个仿真计算机，进一步扩展无人机仿真子系统数量。通过合理的网络与通信优化，本分布式构架理论上可以支持上千架无人机的硬件在环仿真。
• 多机集群仿真的瓶颈在于飞机数量增加后，网络数据量剧增，如何进行通信优化，保证有效的通信效率，降低延迟的问题。对于降低延迟方面，RflySim平台中单台仿真计算机上各个应用程序（CopterSim、RflySim3D等）的通信可以采用共享内存的通信方式，这种方式将数据直接写在内存上进行读写，实现超高速度超低延迟的数据交互。对于不同仿真计算机之间的数据交互，每台仿真计算机上都有“数据汇总、压缩、转发、同步程序”从共享内存中读取信息，并进行汇总、压缩、转发和同步，确保电脑间的通信数据最为精简。
  
• 本电脑内部各个程序间的通信采用共享内存方式，直接在内存上操作，延迟最低、速度最快。
• 每台电脑可以开启多个硬/软件在环仿真系统，模拟多个无人机。
• 每台电脑向外收发数据经过汇总、压缩等，确保网内通信顺畅。
• 采用请求式通信（DDS协议），支持千架级别仿真。

5.8 FPGA实时仿真系统，脱离PX4限制，支持其他飞控硬件（FPGA real-time simulation system, separated from the PX4 limit, support other flight control hardware）

仿真可信度保证：

1. 仿真平台本身需要具备足够的可信度。

2. 硬件层面：硬件结构需要尽量接近真实系统。

3. 软件层面：仿真程序的开发流程需要足够标准可信。

4. 数学仿真模型需要足够精确、可信。