无人机机载测试系统状态管理方案设计

尹川　王锦　陈新华

【摘要】本文针对无人机平台下试飞测试技术遇到的新问题，提出一种无人机机载测试系统状态管理方案。论文介绍了该方案的组成结构和工作原理，对每一部分的功能进行了详细的设计。

【关键词】无人机；试飞测试系统；状态管理

1.前言

近年来无人机的发展突飞猛进，打造适合无人机的试飞的测试系统已成当务之急。在有人机试飞测试技术方面，我国已经有了丰富的经验，形成了完整的测试技术体系；而在无人机试飞测试技术方面，还处于起步阶段。为应对这种特殊环境，无人机平台的测试系统需要作一些改进。本文在以往无人机机载测试系统的基础上扩展一项系统状态管理功能，以应对飞行时无人机测试系统的健康状态控制。

2.无人机试飞测试系统发展概况

以往的无人机机载试飞测试系统框图如图2.1。该系统主要由定位采集子系统，机载专用、通用采集子系统，机载记录子系统和调节器传感器子系统组成。机载定位采集子系统用来给系统统一授时并采集记录定位数据，通用、专用采集子系统主要用来采集各类传感器、总线信号，机载记录子系统记录测试系统采集到的所有数据。此套系统与有人机的机载测试系统并无区别，但是针对无人机无人驾驶、长行时等特点，为应对某些紧急情况和长时间记录时测试系统的实时调整，对整个测试系统进行状态监测管理显得尤为重要。接下来本文将提出一种无人机机载测试系统状态管理方案。

3.无人机机载测试系统状态管理系统方案

此系统主要用于无人机飞行中对机载测试系统状态进行监测和管理，方便系统的应急处置和灵活管理。该系统通过对测试系统各个部分工作状态的监测，遥测下传至地面人员决策后再通过上行链路控制测试系统各部分的工作。系统原理框图如图3.1所示。

无人机机载测试系统不能像有人机一样可以依靠飞行员在飞行中对测试系统加以控制，在长行时飞行时由于视频等高速率信号会快速占用记录器空间，通过本方案不仅可以监测测试系统工作状态以应对紧急情况，还可以根据需求灵活改变系统的状态，开启或关闭部分设备以合理控制记录器空间，更加有效完成测试任务。

3.1机载测试系统状态监测单元

测试系统监测单元主要用来实时监测测试系统各部分的工作状态，及时发现错误和故障，进行故障分析后形成状态消息发送到下一个模块处理，并且正常监测和故障时的信息日志都会自动保存。测试系统状态监测模块是本单元最重要的部分，它通过对测试系统的状态查询或实时信息交互来获取状态信息。故障分析与报警模块主要是对监测模块送来的信息进行分析整理，故障时产生报警信息。日志生成与存储模块主要实时记录测试系统的状态信息，着重保存故障信息。状态信息产生单元处理接收到的状态信息形成消息包。测试系统状态监测模块需要获取的内容和方式如下详述：PCM流状态：a.PCM流输出状态，同步状态。通过检测PCM流帧同步字判断PCM输出流是否正常。b.关键参数越限报警。检测单元实时从PCM中获取一主帧，按照预先设定的规则对特定科目所关心的参数进行越限检测，若发现关心的参数越限，记录此参数位置和数值送至下一单元处理。记录系统状态。本单元通过向机载记录器发送命令与信息交互，获取丰富的记录状态信息，进行相应处理后送至故障分析与报警模块。本模块获取信息并处理后得到状态信息包括：a.记录状态；b.记录文件数；c.记录文件名索引；d.记录器磁盘使用百分比；e.磁盘满报警信息。调节器等设备状态。获取调节器的工作状态、定位采集器定位状态和记录状态等。

3.2机载测试系统状态控制单元

如图3.3所示为测试系统状态控制单元。本单元主要作用是接受来自地面指挥人员的指令数据，对测试系统状态进行控制。测试系统控制指令解析模块用来解析地面发送的控制指令，以便控制测试系统的工作。测试系统控制台模块主要进行测试系统设备电源控制和记录器记录开关控制，控制具体内容包括：a.控制测试系统总电源，控制各部分设备电源；b.控制记录器记录硬件开关。

3.3指令/状态消息的收/发单元

本单元的主要起一个状态消息和指令消息格式的转换功能，并提供本状态管理系统与机上遥控数据链或测试加装专用遥控系统的接口。

状态消息的发送单元主要是将测试系统状态监测单元发送来的状态信息字作为数据载荷打包成与机上遥控数据链或测试加装专用遥控系统兼容的数据格式。指令消息的接收单元用来将地面人员的遥控指令信息解包后发送给机载测试系统控制单元，以控制测试系统各个部分的工作状态。

4.总结

綜上所述，本方案是为适应无人机机载测试的新特性而提出的，可实时监测和控制飞机在空中时机载测试系统状态，根据任务需要优化测试系统结构，延长记录器记录时间，及时发现和排除一些不确定因素，这对待测试飞机本身也尤为重要。本论文出于方案的设计阶段，后续待研究的方向包括状态监测单元详细设计，协议设计和数据分析方法等系统关键技术的研究。