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无人机动态飞行参数处理及应用策略

时间:2011-04-30  作者:秩名
基于专家规则的飞行参数处理方法是目前国内外用于飞行参数处理的主要方法,该方法以数值分析为工具,在专家知识的指导下寻找飞行参数数据的内在规律,形成专家系统的推理规则,并据此进行飞行参数的判读。利用专家规则进行知识发现可以有效地实现单个飞行参数时序曲线的模式识别和多个飞行参数时序曲线的关系识别,实现飞行参数的自动判读。

某型无人机的飞行参数专家规则描述如下:if(Fi判据&& Fi+1判据﹍&& Fi+n判据)then 事件,其中“Fi+n判据”表示对飞行参数Fi+n的时序曲线的模式识别,多个判据相与表示多个飞行参数时序曲线的关系识别。例如:当、且持续时间大于5s,则无人机进入平飞状态。免费论文网。

3.3 飞行参数详细分析

无人机的飞行过程是复杂性的,专家规则并不能完整地描述无人机的行为。在飞行参数处理过程中用人工的方法对飞行参数进行演绎、归纳和类比是非常必要的。

3.3.1 按飞行阶段分析

对照飞行科目或飞行指南等规定确定的各个飞行阶段:车载滑跑、弹射起飞、巡航和下滑着陆等,将每个飞行阶段的特征参数(速度、高度、滚转角、俯仰角、航向角、发动机状态)与正常飞行状态进行比较,确定飞机在各飞行阶段中的状态和航迹是否正常,找出出现问题或偏差的时刻,并分析出其可能原因。

3.3.2 参数分组分析

根据不同分析对象,把飞行参数按所属系统进行分组并分析。例如在分析无人机发动机的技术状态时可选择下面的飞行参数作相关性分析:油门位置、排气温度、滑油压力、涡轮转速和振动水平。

4 应用实例与飞行参数动态处理过程

应用上面的方法,采用面向对象的程序设计方法设计了一个实际的飞行参数动态处理系统UAVFDD_01,如图2所示。采用软件工程中模块化原则对该系统进行分析与设计。整个系统分为如下功能模块:数据采集模块、数据处理模块、数据记录模块、处理结果输出模块、飞机设计建议模块和判据编辑模块。

在机载设备与飞行控制计算机的通信节点上,数据采集模块针对不同的飞行参数按照合适的采样频率进行按帧数据采集。采集到的飞行参数在数据处理模块中进行预处理、自动判读,其处理结果通过处理结果输出模块输出。飞机设计建议模块根据飞行参数处理的结果给出飞机设计建议。为了重放飞行参数处理过程,在以上动态过程中数据记录模块对采集到的飞行参数按帧记录,对数据处理结果也按照专门的格式保存。

UAVFDD_01是一个开放的系统,用户可以根据需要自己编辑飞行参数专家判据,提高UAVFDD_01的飞行参数自动判读能力。从飞行参数数据采集到飞行参数自动判读的过程是一个与无人机模拟飞行同步的过程,由于在这个过程中不能完全判读无人机的行为,所以在模拟飞行结束后应当根据数据记录模块记录的数据进行详细分析。

5 试验过程与结果分析

在无人机仿真平台中进行综合测试时,首先要利用故障注入技术模拟无人机机载设备的故障,然后再利用飞行参数处理技术判读无人机的行为,只有这样才能在无人机内部产生故障g错误g失效[4]的递进关系,演示机载设备的寿命试验过程。在无人机相同技术状态下,分别对各子系统注入一定数量的故障,检测无人机飞行参数处理系统对无人机行为的自动判读能力,试验的统计结果如表1所示。

无人机系统综合测试是一个非常复杂的过程,为了从整体上验证无人机系统的可靠性需要做更多的试验。在分析飞行参数的时候,一定要根据具体的测试性要求对飞行参数处理系统记录下来的飞行参数及其处理结果作进一步的详细分析。

6 结束语

飞行参数记载的是无人机的飞行状态信息,在数据处理时有其独到的特点。本文给出了在无人机飞行控制系统实时飞行仿真和综合测试平台中进行飞行参数处理的方法,研究了飞行参数处理系统结构,并分析了飞行参数动态处理过程。飞行参数动态处理系统能够实时地监控无人机的行为,将它与故障注入系统相结合可以非常容易地实现对无人机系统可靠性的测评。所以,随着研究的进一步深入,飞行参数数据处理必将在无人机系统设计过程中发挥更大的作用。

表1 无人机系统综合测试试验统计数据

其他属性 故障位置 故障注入 数量 子系统技术状态 无人机技术状态
航姿系统 9 检测到9个故障 航姿系统告警,飞行可控
差分GPS 7 检测到7个故障 差分GPS告警,飞行可控
无线电高度表 1 检测到1个故障 无线电高度表告警,飞机应急拉起
大气数据系统 8 检测到8个故障 大气数据系统告警,飞行可控,提示应急着陆
捷联惯导系统 22 检测到22个故障 捷联惯导系统告警,飞行可控,提示返航
执行机构 24 检测到24个故障 执行机构系统告警,飞行不可控,出现一等事故
舵机监控系统 16 检测到16个故障 舵机监控系统告警,飞行可控

 


参考文献
1J.Arlatetal. Fault injection for dependability validation: a methodology andsome applications. IEEE Trans. Software Eng, 16(2) 1990.
2 MikeNebylowitsch. Developing flight data monitoring system. Royal AeronauticalSociety 97—35906, 1997.
3 梁建海,孙秀霞,杜军. 基于数据挖掘的飞行参数处理方法研究. 弹箭与制导学报,2005, 25(1):76~79。
4 RaphaelR Some, Won S Kim, Garen Khanoyan et al. A Software Implemented Fault InjectionMethodology for Design and Validation of System Fault Tolerance. IEEE Computer society,2001, 0-7695-1101-5.
 

 

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