基于遙測數據共享的無人機試飛監測技術研究

付 磊，彭 壯，呂當俠，田 峰，嚴 杰

(航空工業成都飛機工業(集團)有限責任公司，成都 610091)

0 引言

試驗試飛是無人機研制過程中的重要一環，目前對于試飛監測系統的研究多集中于提高機載數據監測設備的性能、豐富地面數據監測系統的功能[1-5]，但是試飛監測系統的研發仍避免不了“量身定做”，飛機平臺上需要考慮機載數據監測設備的安裝接口及電氣接口，試飛監測系統的設計與無人機平臺本身的設計高度耦合，由此造成了試飛監測系統通用性差，不同型號項目重復設計等問題。

針對上述問題，考慮與無人機地面控制站共享遙測數據，研究了一種輕量化的試飛監測系統。該系統為載車及方艙的形式，通過與無人機地面控制站交聯，共享機載遙測數據，不需要對機載平臺進行任何更改。試飛監測軟件針對不同專業試飛工程師個性化定制試飛監測界面，實現對無人機試飛狀態的實時監測，具有通用性強、輕量化的優點。

1 傳統的無人機試飛監測系統

傳統的無人機試飛監測系統包含機載數據監測系統(ADAS)和地面數據監測系統(GDAS)。機載數據監測系統加裝在機載平臺上，包含數據采集設備、數據記錄設備、遙測設備、各類傳感器及攝像頭，具有數據采集、數據記錄、數據信息鏈路下傳等功能。

一般情況下，ADAS通過接入原飛行平臺的通信總線采集各類飛行數據，通過加裝的各類傳感器采集應變、振動、溫度等信號，通過加裝的攝像頭采集視頻信號。ADAS將采集的所有數據記錄，并將部分數據通過飛行監測數據鏈下傳至GDAS，GDAS對接收到的數據進行解算還原顯示，供地面人員實時監視使用。

另一方面，位于地面的無人機指揮控制系統通過無線鏈路與飛行平臺交互，實現對無人機的監視與控制。指揮控制系統和試飛監測系統的傳統模式如圖1所示。

圖1 指揮控制系統和試飛監測系統的傳統模式

2 輕量化試飛監測系統頂層架構設計

傳統的試飛監測系統由于需要在機載平臺加裝設備，必須考慮加裝設備的機械接口和電氣接口，使得試飛測試系統的設計與飛行平臺的設計高度耦合，令本可通用化的試飛測試系統一直處于“專機專用”的境地，同時也對無人機飛行平臺的設計造成影響。另外無人機的鏈路設備與試飛監測系統的遙測設備的功能本質均為完成地空數據交互，二者在功能上存在著重疊。

其次，無人機與有人機相比，其指揮控制系統位于地面，飛機的狀態信息均通過無線鏈路下傳至地面，由地面控制站上的飛行員完成監控任務。由于無人機飛行員不像有人機一樣在飛機座艙中，無線鏈路下傳的數據必須支持飛行員的監控和處置。因此無人機通過遙測鏈路下傳的信息異常豐富，不僅能滿足飛行員的需求，也能夠滿足試飛工程師對飛機狀態實時監測的需求。

最后，通過對無人機典型任務過程的業務流程的梳理，指揮控制系統與試飛監測系統具有如圖2所示的共性業務流程。兩個系統在數據接收、數據解析等技術上具有一致性，僅僅最終面對的用戶有所區別。指揮控制系統面向無人機飛行員，除了監視以外還需要對無人機進行操控；試飛監測系統面向試飛工程師，試飛工程師的專業劃分使得試飛監測界面常常也需要按照機電、航電、飛控、動力等專業方向設計界面。從業務流程的角度，指揮控制系統與飛行監測系統具有極強的相似性。

圖2 指揮控制系統和試飛監測系統的共性業務流程

基于以上三點原因，本著簡化設計提高通用性的原則，考慮取消傳統試飛監測系統的機載部分，僅保留地面部分，充分利用無人機本身遙測信息豐富的優勢，與地面指揮控制系統共享無人機鏈路及遙測數據，實現輕量化試飛監測系統設計。

輕量化的試飛監測系統如圖3所示，無人機通過無線數據鏈路傳輸平臺的下行數據信息，地面指揮控制系統通過其綜合處理單元進行數據的分發和存儲，同時將無人機下行數據傳輸給試飛監測系統。整個過程中將原有的ADAS和GDAS系統與飛機系統進行一體化設計，充分共享系統資源，同時共用鏈路設備。

圖3 試飛監測系統構型

3 試飛監測軟件設計

試飛監測軟件應具有的功能模塊包括數據接收、數據解析、數據顯示、數據存儲、數據回放等。每個模塊具體功能如表1所示。試飛監測軟件啟動完成后，默認進入標準模式，自動選擇網絡，自動選擇鏈路，接收相應通道以及鏈路的數據解析并顯示。在標準模式下可以強制選擇A網絡、B網絡，也可以強制選擇鏈路1、鏈路2，并且可以在需要的情況下開始、停止保存數據。切換到回放模式，可以做除了保存數據以外的標準模式下的任何操作。同時回放模式下，可以調整回放速度、跳轉至選中的數據幀。試飛監測軟件的主要執行流程如圖4所示。

表1 試飛監測軟件模塊的具體功能

圖4 試飛監測軟件執行流程圖

4 基于配表的遙測數據解析技術

數據解析功能是試飛監測軟件的主要功能，傳統的解析方法是按照數據要素定義結構體，在根據遙測數據格式手動完成每個要素的解析，即該功能模塊是針對型號的具體要求進行定制開發，由于無人機的下傳的遙測數據量較為龐大，因此該方法的軟件開發及維護工作量都非常大，當下一個型號開始研制時，需進行重復開發。

本文通過分析顯控類軟件的需求，抽象通用流程，采用基于配表的遙測數據解析技術，形成通用軟件架構，從而使各型號之間的不同需求(遙控與遙測數據)與軟件的框架相隔離，面對顯控要素的變更僅需要更改界面和配置文件即可，不需要對軟件框架進行任何修改。遙測數據配表示例如表2所示，遙測數據解析功能對比如圖5所示。

表2 遙測數據配表示例

圖5 遙測數據解析功能對比

5 系統應用與分析

本文研究的試飛監測系統已經在飛行監測中得到應用，極

大地減少了試飛測試改裝的工作量，縮短了無人機系統的研制周期。由于采用了基于配表的遙測數據解析技術，系統通用化程度高，面對顯控要素的變更僅需要更改界面和配置文件，無須對試飛監測軟件核心代碼進行更改。結果表明該系統滿足試飛監測需求，相比于傳統的機載設備與地面設備結合的試飛監測系統具有通用性強、輕量化等特點。

6 結束語

本文針對無人機試飛監測系統獨立定制開發引起的通用性、可移植性差，開發周期長，人力成本高問題，研究了一種與地面指揮控制系統共享遙測數據鏈路的試飛監測系統，該試飛監測系統僅通過與無人機指揮控制系統交聯，滿足各專業試飛工程師的試飛監測需求。系統軟件的設計采用了基于配表的數據解析方式，對其他顯控類軟件的設計具有一定的指導意義。

[1] 呂鵬濤，張 娟，支高飛. 試飛機載測試系統一體化驗證平臺的設計與實現[J]. 計算機測量與控制，2015, 23(11): 3582-3584.

[2] 孫 健，霍培鋒. 大型飛機試飛測試現狀與對策[J]. 測控技術，2007, 26(3): 19-21.

[3] 劉 明. 新一代試飛測試系統架構及其應用[J]. 計算機測量與控制，2014, 22(6): 1729-1731.

[4] 宗思瑤，尚麗娜. TTS技術在飛行試驗遙測監控中的應用[J]. 測控技術，2014, 33(3): 110-112.

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