無人機機載測試系統(tǒng)狀態(tài)管理方案設(shè)計

尹川　王錦　陳新華

【摘要】本文針對無人機平臺下試飛測試技術(shù)遇到的新問題，提出一種無人機機載測試系統(tǒng)狀態(tài)管理方案。論文介紹了該方案的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，對每一部分的功能進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】無人機；試飛測試系統(tǒng)；狀態(tài)管理

1.前言

近年來無人機的發(fā)展突飛猛進(jìn)，打造適合無人機的試飛的測試系統(tǒng)已成當(dāng)務(wù)之急。在有人機試飛測試技術(shù)方面，我國已經(jīng)有了豐富的經(jīng)驗，形成了完整的測試技術(shù)體系；而在無人機試飛測試技術(shù)方面，還處于起步階段。為應(yīng)對這種特殊環(huán)境，無人機平臺的測試系統(tǒng)需要作一些改進(jìn)。本文在以往無人機機載測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴展一項系統(tǒng)狀態(tài)管理功能，以應(yīng)對飛行時無人機測試系統(tǒng)的健康狀態(tài)控制。

2.無人機試飛測試系統(tǒng)發(fā)展概況

以往的無人機機載試飛測試系統(tǒng)框圖如圖2.1。該系統(tǒng)主要由定位采集子系統(tǒng)，機載專用、通用采集子系統(tǒng)，機載記錄子系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器傳感器子系統(tǒng)組成。機載定位采集子系統(tǒng)用來給系統(tǒng)統(tǒng)一授時并采集記錄定位數(shù)據(jù)，通用、專用采集子系統(tǒng)主要用來采集各類傳感器、總線信號，機載記錄子系統(tǒng)記錄測試系統(tǒng)采集到的所有數(shù)據(jù)。此套系統(tǒng)與有人機的機載測試系統(tǒng)并無區(qū)別，但是針對無人機無人駕駛、長行時等特點，為應(yīng)對某些緊急情況和長時間記錄時測試系統(tǒng)的實時調(diào)整，對整個測試系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測管理顯得尤為重要。接下來本文將提出一種無人機機載測試系統(tǒng)狀態(tài)管理方案。

3.無人機機載測試系統(tǒng)狀態(tài)管理系統(tǒng)方案

此系統(tǒng)主要用于無人機飛行中對機載測試系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和管理，方便系統(tǒng)的應(yīng)急處置和靈活管理。該系統(tǒng)通過對測試系統(tǒng)各個部分工作狀態(tài)的監(jiān)測，遙測下傳至地面人員決策后再通過上行鏈路控制測試系統(tǒng)各部分的工作。系統(tǒng)原理框圖如圖3.1所示。

無人機機載測試系統(tǒng)不能像有人機一樣可以依靠飛行員在飛行中對測試系統(tǒng)加以控制，在長行時飛行時由于視頻等高速率信號會快速占用記錄器空間，通過本方案不僅可以監(jiān)測測試系統(tǒng)工作狀態(tài)以應(yīng)對緊急情況，還可以根據(jù)需求靈活改變系統(tǒng)的狀態(tài)，開啟或關(guān)閉部分設(shè)備以合理控制記錄器空間，更加有效完成測試任務(wù)。

3.1機載測試系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測單元

測試系統(tǒng)監(jiān)測單元主要用來實時監(jiān)測測試系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)錯誤和故障，進(jìn)行故障分析后形成狀態(tài)消息發(fā)送到下一個模塊處理，并且正常監(jiān)測和故障時的信息日志都會自動保存。測試系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊是本單元最重要的部分，它通過對測試系統(tǒng)的狀態(tài)查詢或?qū)崟r信息交互來獲取狀態(tài)信息。故障分析與報警模塊主要是對監(jiān)測模塊送來的信息進(jìn)行分析整理，故障時產(chǎn)生報警信息。日志生成與存儲模塊主要實時記錄測試系統(tǒng)的狀態(tài)信息，著重保存故障信息。狀態(tài)信息產(chǎn)生單元處理接收到的狀態(tài)信息形成消息包。測試系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測模塊需要獲取的內(nèi)容和方式如下詳述：PCM流狀態(tài)：a.PCM流輸出狀態(tài)，同步狀態(tài)。通過檢測PCM流幀同步字判斷PCM輸出流是否正常。b.關(guān)鍵參數(shù)越限報警。檢測單元實時從PCM中獲取一主幀，按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對特定科目所關(guān)心的參數(shù)進(jìn)行越限檢測，若發(fā)現(xiàn)關(guān)心的參數(shù)越限，記錄此參數(shù)位置和數(shù)值送至下一單元處理。記錄系統(tǒng)狀態(tài)。本單元通過向機載記錄器發(fā)送命令與信息交互，獲取豐富的記錄狀態(tài)信息，進(jìn)行相應(yīng)處理后送至故障分析與報警模塊。本模塊獲取信息并處理后得到狀態(tài)信息包括：a.記錄狀態(tài)；b.記錄文件數(shù)；c.記錄文件名索引；d.記錄器磁盤使用百分比；e.磁盤滿報警信息。調(diào)節(jié)器等設(shè)備狀態(tài)。獲取調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)、定位采集器定位狀態(tài)和記錄狀態(tài)等。

3.2機載測試系統(tǒng)狀態(tài)控制單元

如圖3.3所示為測試系統(tǒng)狀態(tài)控制單元。本單元主要作用是接受來自地面指揮人員的指令數(shù)據(jù)，對測試系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行控制。測試系統(tǒng)控制指令解析模塊用來解析地面發(fā)送的控制指令，以便控制測試系統(tǒng)的工作。測試系統(tǒng)控制臺模塊主要進(jìn)行測試系統(tǒng)設(shè)備電源控制和記錄器記錄開關(guān)控制，控制具體內(nèi)容包括：a.控制測試系統(tǒng)總電源，控制各部分設(shè)備電源；b.控制記錄器記錄硬件開關(guān)。

3.3指令/狀態(tài)消息的收/發(fā)單元

本單元的主要起一個狀態(tài)消息和指令消息格式的轉(zhuǎn)換功能，并提供本狀態(tài)管理系統(tǒng)與機上遙控數(shù)據(jù)鏈或測試加裝專用遙控系統(tǒng)的接口。

狀態(tài)消息的發(fā)送單元主要是將測試系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測單元發(fā)送來的狀態(tài)信息字作為數(shù)據(jù)載荷打包成與機上遙控數(shù)據(jù)鏈或測試加裝專用遙控系統(tǒng)兼容的數(shù)據(jù)格式。指令消息的接收單元用來將地面人員的遙控指令信息解包后發(fā)送給機載測試系統(tǒng)控制單元，以控制測試系統(tǒng)各個部分的工作狀態(tài)。

4.總結(jié)

綜上所述，本方案是為適應(yīng)無人機機載測試的新特性而提出的，可實時監(jiān)測和控制飛機在空中時機載測試系統(tǒng)狀態(tài)，根據(jù)任務(wù)需要優(yōu)化測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，延長記錄器記錄時間，及時發(fā)現(xiàn)和排除一些不確定因素，這對待測試飛機本身也尤為重要。本論文出于方案的設(shè)計階段，后續(xù)待研究的方向包括狀態(tài)監(jiān)測單元詳細(xì)設(shè)計，協(xié)議設(shè)計和數(shù)據(jù)分析方法等系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。