轻型固定翼无人机系统飞行品质评估软件设计与开发

徐玉 闻晓宇 王威 侯朋朋

摘 要：文章是介绍一款对轻型固定翼无人机系统飞行品质评估软件的设计与开发。系统通过一套无人机的飞行品质评分标准把无人机的飞行品质评价通过评分较为直观的反应出来，也为不同类型的无人机之间的对比评价提供了可操作性。无人机执行任务时是一个闭环的、高度集成的飞行控制系统包括了数据链路传输，飞行系统指令，以及无人机体对指令的响应等诸多过程，因此飞行品质指标参数可通过进行量化评分，由数据链路，飞控系统和飞机本体运动响应单独打分相加得到。以此为理论基础研究无人机系统品质评估系统软件的设计与开发，主要包括软件功能设计、程序流程设计、制定评分标准及系统构架的建立。

关键词：无人机飞行品质评估；软件功能设计；评分细则

中图分类号：V212 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）22-0062-03

Abstract： This paper introduces the design and development of a flight quality evaluation software for light fixed wing unmanned aerial vehicle （UAV） system. The system reflects the flight quality evaluation of UAV directly through a set of UAV flight quality scoring standards， and also provides maneuverability for the comparison and evaluation of different types of UAVs. The UAV mission is a closed-loop， highly integrated flight control system that includes data link transmission， flight system instructions， and unmanned airframe responses to commands， and many other processes， including data link transmission， flight system instructions， and unmanned aerial vehicle response to instructions， are included in the flight control system. Therefore， the flight quality index parameters can be obtained by adding the data link， the flight control system and the aircraft motion response separately through quantitative scoring. Based on this theory， the design and development of UAV system quality assessment system software are studied， including the software function design， program flow design， the establishment of scoring standards and the establishment of the system architecture.

Keywords： UAV flight quality assessment； software functional design； rating details

1 概述

無人机种类众多，用途广泛，在军事和日常工作领域发挥着重大作用和意义[1]，飞行品质规范是设计无人机（包括飞行控制系统）的依据和基础[3]。良好的飞行品质规范对设计工作可以起到事半功倍的作用[2]。本文以轻型固定翼无人机为研究对象，对其飞行品质评估软件的设计与开发进行了分析研究。

2 需求分析

轻型固定翼无人机系统飞行品质评估软件的目标是对轻型固定翼无人机的主要飞行品质指标进行准确、快速计算，为无人机飞行状态监控提供数据参照。

从功能需求的角度出发，固定翼无人机飞行品质评估系统需要实现对固定翼无人机飞行的稳定性、起降速度特性及稳定性、俯仰操纵特性等方面的飞行品质参数进行基于数据的评估和统计。

该评估软件系统具有良好的可拓展性，可进行多种无人机选型的切换，能够快速增添新机型和新评估参数，以适应不同类型固定翼无人机系统的评估要求，满足用户的使用需求。

从数据传输稳定以及运算准确的角度出发，该评估软件具有强大的数据库作为支撑，并且，会对每次输入的数据进行采集分析和储存入库，保证了评估的准确性和实时性。

3 飞行品质评估软件的设计

3.1 功能设计

轻型固定翼无人机系统飞行品质评估软件根据需求分析可将功能划定为三个模块：数据管理模块、品质评估模块、查询统计模块，其功能设计图如图1所示。数据管理模块实现对无人机机型参数的管理、对无人机飞行数据的录入，对评估结果的存储以及对飞行品质评估指标的设置。品质品估模块是整个系统的核心内容，系统根据录入的无人机参数，以设定的评分标准为依据，对目标无人机的飞行数据进行飞行品质评估，同时也会把无人机飞行数据存档并把评估结果一并存档以便查询。查询统计模块可以把无人机信息和评估数据整理存档，方便查询参与评估过的无人机的评估数据。

3.2 流程设计

轻型固定翼无人机系统飞行品质评估软件流程设计如图2所示。评估软件可对无人机机型信息进行录入，以便于评估选型使用。

评估软件根据无人机的类型，选择无人机的评估指标参数，系统进入对应评估算法，对参数进行分析并参考评分标准，得到评估结果，实现对无人机系统的飞行品质评估。同时，通过对录入无人机进行编号，完成数据录入后，该无人机的信息将自动存档在数据库中。无人机完成飞行品质评估后，其对应的飞行状态数据和评估结果也会录入到对应的无人机信息库里，分类保存以便于查询，而对于飞行品质未通过或者无用数据系统也可以及时的清理。

3.3 评分指标

根据轻型固定翼无人机飞行品质评估的特点，建立如下评分细则：目前无人机呈多类发展，不同类的无人机的设计理念思想以及使用任务要求不同，因而，需要区分种类评估无人机的飞行品质，但是不同类的无人机飞行品质的区分，主要区分它的任务特点，所以需要对此加以考虑，可以引入权重系数通过权重来实现评分标准。虽然飞行品质实验指标的单项检验，局部都反映出无人机特性。需要关注的是某些无人机需要完成特定的任务而相对应某项飞行品质起着至关重要的地位，则这些对某些性能有着特殊要求的无人机在要求的性能评分上取最低值。无人机作为一个系统与有人机的最大的区别，不但要考虑飞行器本身的设计[4]，还要考虑测控链路和飞控的设计。它们在设计上的疏漏和缺失，都将导致无人机品质的下降，也直接反应在飞行品质评分上的降低。根据无人机的以上特点建立以下评分点：

（1）单项飞行品质试验指标得分；

（2）飞行品质指标权重系数；

（3）飞控系统影响系数；

（4）测控链路影响系数。

得到飞行品质评价分数后，可根据分数将无人机飞行品质作出以下评价：

9分～10分 优秀

7.5分～9分 良好

6分～7.5分 合格

6分以下 不合格

对于每一架无人机，根据上述方法，都可以给出0～10分之间的一个唯一与飞行品质相对应的评分得分，对无人机的飞行品质评价能够较为直观的反应出来，也为不同类型的无人机之间的对比评价提供了可操作性。

3.4 系统构架图

轻型固定翼无人机飞行品质评估系统采用基于对话框的架构，即数据表示，界面显示，用户输入交互在同一个界面实现。使程序使用更加直观，便利。界面交互通过MFC对话框实现；数据管理通过SQL数据库技术实现，为数据管理与分析带来了灵活性，允许单位在快速变化的环境中从容响应。

交互界面是整个系统中处于关键的位置，包含了所有功能界面。它不仅要实现各个功能的交互，以完成相應的功能，还向用户提供友好的界面。在交互界面上实现无人机机型的选择、数据录入和进入评估程序。所以交互界面在整个系统中还起着承上启下的作用，通过接受用户请求的指令完成相应的功能。

数据管理通过SQL数据库技术实现。从交互界面接受的数据能够直接储存在数据库中，在无人机完成飞行品质测试后把对应的测得数据录入到对应的无人机信息库里。用户同样能通过交互界面提出查看数据库中的无人机数据，实现快速直接的查询测试无人机的品质数据。

4 软件实现

轻型固定翼无人机系统飞行品质评估软件是采用Microsoft Visual C++实现的程序，数据管理采用SQL Server作为数据库。

系统涵盖用户登录、数据录入、查询、品质评估、数据维护、帮组等功能为实现无人机飞行品质评估提供了完整的逻辑流程，其界面如图4、5所示。

5 结束语

本文的软件设计实现了固定翼无人机飞行品质的定向以及总体可靠性的评估。建立了固定翼无人机飞行品质参数化评价方法，并依据此方法结合无人机特点建立一种能对不同类型固定翼无人机的基本飞行品质进行评估的算法，将无人机的实验数据输入软件系统中，能快速计算出试验无人机飞行品质的相应报告单和品质评分，以达到评估的目的。

参考文献：

[1]段亮弟.无人机飞行品质试验技术试验研究[D].北京航空航天大学.

[2]刘同仁.CAFQ-民用飞机飞行品质适航性评估软件[J].民用飞机设计与研究，1997（02）：28-31.

[3]陶于金，王建培.无人机飞行品质标准研究[J].飞行力学，2010，28（01）：13-15+19.

[4]潘文俊，樊战旗，王敏文，等.无人机飞行品质评定准则探讨[J].飞行力学，2016，34（01）：6-9.

[5]谭馨，赵俊茹，汤恒仁.无人机数据链系统抗干扰性能飞行试验技术研究[J].科技创新与应用，2016（15）：26-27.