无人机具有成本低、机动性高和可重复性好等优点,使其广泛应用于多种军事任务中,并快速地进入民用和科学研究领域。随着航空技术、微电子技术等发展,小型固定翼无人机发展迅猛,广泛应用于各个领域。本文针对传统无人机飞行控制系统设计开发工作量大、效率低、准确性差、研发周期长等问题,设计了基于iHawk的小型固定翼无人机半实物仿真系统。半实物仿真系统可应用于控制系统性能分析,且由于硬件实物接入半实物仿真回路,准确度和可靠性更高,可为飞行控制系统设计提供依据。本文主要开展固定翼无人机数学建模和半实物仿真平台硬件、软件开发几方面内容研究,搭建硬件在回路的固定翼无人机仿真平台。主要研究内容如下:(1)叙述了小型固定翼无人机及半实物仿真的研究概况,对半实物仿真发展历程、研究现状及关键技术进行了综述。在此基础上归纳总结该领域目前存在的问题,为固定翼无人机半实物仿真平台设计明确了研究思路。(2)介绍V型开发模式,根据仿真需求,提出了半实物仿真系统方案设计,以模型仿真计算机、飞控计算机和机载通信设备为总体框架,实现仿真平台的基本功能,为后面的硬件选型和软件设计打下了基础。(3)开展半实物仿真系统模型研究,包括数学模型与实物。根据牛顿第二定律与坐标系转换,对无人机动力学及运动学建模,并对控制方法进行研究。通过Matlab/Simulink提供的工具箱生成相应模块并封装。对要接入仿真回路的真实实物进行研究。(4)基于功能设计要求搭建半实物仿真平台,确定仿真平台的整体框架,分析仿真计算机硬件和软件在实时性、可靠性等方面的需求,并给出采用iHawk系统结构的解决方案,完成了飞行控制计算机与实时仿真机、姿态传感器与飞行控制计算机、飞行控制计算机与舵机和实时仿真计算机与转台的接口设计。(5)为了方便建模和模型管理并提供完善的显示功能,提高设计与仿真效率,开发了界面友好的无人机半实物仿真软件,对仿真结果进行可视化处理,更为直观的展现无人机位置、姿态、航路等信息,对开发过程中的关键技术进行分析。(6)通过开发的半实物仿真软件,搭建固定翼无人机数学模型并下载到实时仿真机。完成硬件实物接入回路、接口配置、仿真设置等。对无人机模型、控制算法等进行验证和测试。完成了在脱离Matlab/Simulink模式下的飞控系统连同整个仿真平台的全状态飞行的仿真实验,验证了无人机模型的可行性及有效性、飞控模块设计的正确性,完成了半实物仿真平台的开发工作。