RflyUdpFast 模块文档¶

所属工具箱：RflySim Swarm

RflyUdpFast 模块外观

简介¶

一句话描述：用于Simulink集群仿真中与多个CopterSim实例实现快速UDP数据通信，支持向多架无人机发送控制指令并接收实时状态反馈，适配大规模无人机集群仿真场景。

该模块是RflySim Swarm集群工具链中的核心通信模块，专门面向多无人机集群仿真开发设计，支持FullData全数据和SimpleData精简数据两种通信模式，可根据集群规模灵活选择：全数据模式可提供完整的无人机状态信息，适合中小规模、对数据完整性要求高的集群仿真；精简模式压缩了传输数据量，可保障数十上百架无人机大规模集群仿真的通信效率。

该模块通过UDP协议与本地或远程主机上的多个CopterSim实例进行通信，可接收Simulink中设计的集群控制算法输出的控制指令，转发给对应CopterSim实例中运行的PX4飞控，同时将PX4输出的无人机实时状态数据回传给Simulink供控制算法运算，结合RflySim3D可实现大规模无人机集群的可视化仿真验证。用户可自定义连接的无人机ID、IP地址与GPS坐标原点，适配本地单机多无人机仿真和多机分布式集群仿真场景。

端口说明¶

输入端口（Inputs）¶

端口名	数据类型	维度	说明
`Ctrl_UAV1`	`double`	15×1 (FullData模式) / 5×1 (SimpleData模式)	第1架无人机的控制输入，维度由所选UDP通信模式决定
`Ctrl_UAVn`	`double`	15×1 (FullData模式) / 5×1 (SimpleData模式)	第n架无人机的控制输入，n等于配置的`Vehicle Number`，模块将生成对应数量的输入端口

输出端口（Outputs）¶

端口名	数据类型	维度	说明
`State_UAV1`	`double`	28×1 (FullData模式) / 12×1 (SimpleData模式)	第1架无人机的状态反馈输出，维度由所选UDP通信模式决定
`State_UAVn`	`double`	28×1 (FullData模式) / 12×1 (SimpleData模式)	第n架无人机的状态反馈输出，n等于配置的`Vehicle Number`，模块将生成对应数量的输出端口

参数配置（Parameters）¶

双击模块打开的 Mask 对话框中可配置以下参数：

参数名	类型	默认值	可选值/范围	说明
`IP Address`	`string`	`"127.0.0.1"`	任意合法IPv4地址	CopterSim实例所在目标主机的IP地址
`Vehicle Number`	`int`	`1`	`1~255`	需要连接的CopterSim实例总数量
`CopterID List`	`int vector`	`[1]`	任意正整数向量	需要连接的无人机ID列表，长度等于连接的无人机总数量
`UDP Mode`	`enum`	`FullData`	`FullData`, `SimpleData`	UDP通信数据模式，FullData为全数据模式，SimpleData为精简数据模式
`GPS Orin`	`double vector`	`[0, 0, 0]`	任意三维向量	GPS坐标原点，用于解算无人机全局位置
`Sample Time`	`double`	`0.01`	>0	模块采样时间，需与Simulink仿真步长匹配
`Start Port`	`int`	`20100`	任意合法端口号	UDP通信起始端口号 [待确认]
`Real Flight Mode`	`bool`	`false`	`true/false`	是否为实机飞行模式 [待确认]

参数设置说明¶

`CopterID List`¶

该参数为向量格式，指定本模块连接的所有无人机的ID编号，向量长度必须等于Vehicle Number配置的无人机数量。示例：[1:5]表示连接ID为1~5的共5架无人机，[6:10]表示连接ID为6~10的共5架无人机。

`UDP Mode`¶

FullData全数据模式：单架无人机输入为15维，包含完整MAVLink Offboard控制信息，适合飞机数量较少、需要完整控制参数的场景；输出为28维，包含完整的无人机状态反馈信息。
SimpleData精简模式：单架无人机输入为5维，仅包含基础控制信息，适合飞机数量较多的大规模集群仿真场景；输出为12维，仅包含仿真常用的核心状态信息。

`GPS Orin`¶

该参数为三维GPS坐标原点（纬度，经度，高度），用于将无人机的绝对GPS坐标转换为以该原点为基准的全局位置，全局位置坐标与CopterSim中UE场景的PosE坐标对齐，适用于大规模集群仿真时的全局位置解算。

模块特性（Block Characteristics）¶

特性项	值
支持的数据类型	`double`
直接馈通（Direct Feedthrough）	是
采样时间	离散
代码生成支持	否

数据通信协议¶

本模块基于UDP协议与多个CopterSim实例通信，端口规则为：每个无人机占用一个独立端口，起始端口由参数指定，第i个无人机（从0开始计数）的接收端口为起始端口 + 2*i，目标发送端口为起始端口 + 2*i + 1。支持两种通信数据格式：

FullData模式：输入单无人机控制数据为15维double向量，输出单无人机状态数据为28维double向量，数据格式符合原始功能说明定义。
SimpleData模式：输入单无人机控制数据为5维double向量，输出单无人机状态数据为12维double向量，数据格式符合原始功能说明定义。

使用示例¶

相关使用示例请参考以下路径：

[RflySim安装路径]/RflySimAPIs/10.RflySimSwarm/1.BasicExps/e1_RflyUdpSwarmExp/Readme.pdf

请在上述路径中查看 Readme.pdf 获取完整的示例说明与操作步骤。

注意事项与常见问题¶

初始化顺序：本模块需要先启动所有目标CopterSim实例后，再启动Simulink仿真，否则模块无法完成UDP连接建立，会导致数据接收失败。若需要连接远程IP地址的CopterSim，需提前确保两台设备网络连通、防火墙开放对应UDP端口。
采样时间匹配：模块的Sample Time参数必须与Simulink模型的仿真步长匹配，建议设置为1ms或2ms，过大的采样时间会导致通信丢包、无人机状态更新不及时，影响控制效果。
参数配置一致性：CopterID List中配置的飞机ID必须和对应CopterSim实例中设置的飞机ID一致，否则会出现数据对应错误，无法正确控制目标无人机。Vehicle Number的数值必须和CopterID List的长度一致，否则会导致端口生成错误，仿真无法正常启动。
通信模式选择：当集群无人机数量超过10架时，建议选择SimpleData精简模式，可有效降低通信带宽占用，避免大规模仿真时出现卡顿或丢包；若需要获取GPS原始信息、定位精度等完整状态数据，且飞机数量较少时，再选择FullData完整模式。
坐标单位转换：FullData模式输出的GPS相关数据部分存在单位缩放，使用输出数据时需按照说明完成单位转换：GPS经纬高需要将经纬度除以1e7、高度除以1e3得到米制单位，GPS速度需要除以100得到m/s单位，相对高度需要除以1000得到米制单位，航向角需要除以1000得到0~360度的角度值。
坐标原点一致性：大规模集群仿真中，所有RflyUdpFast模块的GPS Orin参数必须和CopterSim软件中设置的坐标原点一致，否则解算得到的GlobalPos全局位置会出现偏移，无法对应UE地图的实际坐标。
端口分配规则：本模块会根据CopterID自动分配UDP端口，同一台电脑内多个RflyUdpFast模块不可配置重复的飞机ID，否则会出现端口占用冲突，导致通信失败。

更新日志¶

v4.1.0 (2024-05-03): 初始版本发布，支持与多个CopterSim实例进行快速UDP数据通信，提供FullData和SimpleData两种通信模式，支持自定义无人机ID列表与全局坐标原点设置，适配大规模集群仿真场景。

模块名	说明
`RflyUdpReceive`	用于接收单个无人机UDP数据的基础通信模块
`RflyUdpSend`	用于发送单个无人机UDP控制数据的基础通信模块