随着科学技术的不断发展,无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)领域方面研究开始在国内迅速普及,并广泛应用在国防军工、农业、工业等各方面。无人机追求响应快、稳定性高、可集群性,但控制复杂、稳定算法开发难度大等特点使得无人机试飞时容易造成无人机坠毁等意外情况,造成财产损失。无人机硬件在环仿真系统可以在无人机飞行试验前使无人机操作员提前熟悉操作技巧,验证飞行算法的稳定性,成为无人机研发过程的重要组成部分,是无人机飞行试验前强有力的可视化测试手段。硬件在环仿真系统始终以真实无人机稳定飞行为最终目标,本文首先介绍了真实无人机硬件的基本结构和空中飞行原理,介绍了建模所需的基本坐标系以及坐标变换的分析方法,为无人机硬件在环仿真后的真机试飞做好理论准备。其次详细阐述了无人机硬件在环仿真的数学模型和在Matlab的Simulink中框图模型的具体搭建过程,Simulink工具箱的代码自动生成功能极大缩短了算法开发周期,并对无人机模型在环仿真和硬件在环仿真进行了具体实验,得到了较为客观的实验数据,基本满足实验要求。由于Matlab仿真中无法建立真实无人机训练场景,本论文在微软Airsim平台下搭建了真实的训练场景,包含无人机模块、真实环境模块、物理引擎模块、传感器模块、渲染模块等。在Airsim仿真平台下,无人机硬件在环仿真系统中控制部分在真实无人机控制器下进行实时运算,产生控制信号传输给仿真平台下的无人机模块,无人机模块在建立的真实无人机训练场景下进行飞行,产生飞行数据反馈给控制器实现完成闭环实验。通过两种硬件在环仿真系统的搭建,能够较为准确验证无人机控制算法的稳定性,能够使无人机操作员在逼真的物理和视觉仿真效果的辅助下熟练控制无人机飞行,达到了建立仿真系统的目的。