一种无人机飞行控制器故障注入测试系统及方法与流程

本发明属于航空领域，涉及涉及无人机故障测试领域，特别是涉及一种无人机飞行控制器故障注入测试系统及方法。

背景技术：

1、飞行控制器是无人机的核心部件，用来完成飞行逻辑判断、控制和导引计算、系统管理并输出控制指令和系统状态显示信息等。随着现代无人机飞行任务的不断复杂化，飞行控制和管理的算法逻辑也越来越复杂，对飞行控制器性能的要求也越来越高。为了验证飞行控制器处理无人机典型故障的能力，亟需一种在飞行试验前可以高效率高精准度进行飞行控制器的故障注入测试的系统。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提供一种无人机飞行控制器故障注入测试系统，用于模拟无人机在飞行过程中各系统可能出现的故障状态(特别是供电故障、处理器故障和交联系统通信故障)并将故障信息注入至飞行控制器中，观察飞行控制器的响应以及无人机的状态变化，从而检验飞行控制器对无人机故障的处理能力。

2、在本技术的一些实施例中，提供了一种无人机飞行控制器故障注入测试的系统，包括：上位机模块：所述上位机模块用于配置当下试验进程的故障类型，对当下试验进程的飞行仿真条件数据进行设置；

3、实仿切换模块，所述实仿切换模块中安装有切换控制器，所述控制器用于接收所述上位机模块的选择信号，所述控制器设置有控制模拟接口和实物接口，所述模拟接口和实物接口在同一时刻仅能有一路信号接通；

4、仿真处理模块，所述仿真处理模块用于获取当下试验进程的飞行仿真条件数据，并对飞行仿真条件数据进行参数分析，建立仿真模拟模型，所述仿真模拟模型设置有无人机动力学方程，并基于仿真模拟模型的仿真结果，向飞行控制模块发送第一仿真参数，并接收飞行控制模块的控制指令，进行再仿真模拟；

5、结果评估模块，对飞行逻辑结果进行评价，对评价结果异常的飞行逻辑进行重新模拟。

6、在本技术的一些实施例中，所述上位机模块包括：

7、实仿切换单元，所属实仿切换单元用于配置参与测试的信号是来源于实物接口还是模拟接口；

8、飞行仿真设置单元，所述飞行仿真设置单元用于设置无人机飞行仿真的初始参数、飞行仿真环境、设置舵机和发动机故障；

9、故障设置单元，所述故障设置单元用于设置无人机各个分系统可能出现的故障，所述分系统包括，动力系统、燃油系统、伺服系统、数据链系统、供配电系统、起落架系统、传感器系统；

10、飞行仿真参数解算单元：将飞行控制器和实时仿真机的数据进行解算保存，并显示在外置显示器上，供试验人员实时观察无人机的状态。

11、在本技术的一些实施例中，仿真处理模块包括：

12、输入单元，所述输入单元用于接收飞行控制器的控制指令；

13、分析单元，所述分析单元包括，气动单元、发动机单元、质量单元、大气环境单元、地球单元、合力/力矩单元，所述分析单元用于读取飞行控制器的控制指令并转化为气动单元、发动机单元、质量单元、大气环境单元、地球单元、合力/力矩单元的一级参数数据；

14、无人机6自由度单元，所述无人机6自由度单元解算出无人机的状态参数并将无人机的状态参数转化为输出数据；

15、传感器单元，所述传感器模型包括惯性导航单元、无线电高度表单元、攻角侧滑角传感器单元，所述传感器模型用于接收输出数据并输出。

16、在本技术的一些实施例中，所述参数评估模块包括：

17、飞行立体模型单元，获取过往实际情况下无人机故障运行路线，建立飞行立体空间，对不同型号无人机在不同故障情况和环境情况下的实际运行轨迹进行勾勒形成实际运行轨迹曲线，若干不同的实际运行轨迹曲线形成实际飞行立体模型；

18、逻辑结果评价单元，提取上位机模块注入故障后无人机的飞行状态建立模拟飞行立体模型，并将实际运行轨迹曲线和模拟运行轨迹曲线进行比较得到逻辑评价结果。

19、在本技术的一些实施例中，建立实际飞行立体模型的方法包括：

20、获取不同环境情况下的无人机飞行轨迹，根据环境情况将无人机飞行轨迹分为若干环境组，按照故障产生类型将环境组中的若干无人机飞行轨迹分为若干故障组；

21、构建若干飞行立体空间，以无人机飞行起点为原点，在空间平面上建立x轴和y轴，以空间高度为z轴建立坐标系；

22、获取过往实际无人机飞行轨迹，比例在飞行立体空间上进行勾勒，形成实际运行轨迹曲线；

23、在实际运行轨迹曲线上对参数发生变化的节点进行时间标记和速度标记；

24、将若干飞行立体空间插入到故障组中，构成实际飞行立体模型。

25、在本技术的一些实施例中，将实际运行轨迹曲线和模拟运行轨迹曲线进行比较得到逻辑评价结果的方法包括：

26、获取测试过程中故障注入的种类和测试过程中的环境情况，根据环境情况在环境组中筛选对应组别，在对应组别中根据故障注入种类筛选出对应的故障组；

27、获取测试过程中参数改变的时间节点筛选出对应的实际运行轨迹曲线，所述实际运行轨迹曲线包括一条或多条；

28、分别计算模拟运行轨迹和若干曲线实际运行轨迹曲线的拟合程度，筛选拟合程度值最大的数值定义为最终拟合程度值，对最终拟合程度配置拟合转化系数得到逻辑评价结果。

29、在本技术的一些实施例中，计算最终拟合程度值的公式为：

30、

31、

32、

33、w＝w+w2+w3；

34、计算逻辑评价结果的公式为：

35、a＝α×wmax；

36、其中，x为实际运行轨迹横坐标值，y为实际运行轨迹纵坐标值，z为实际运行轨迹空间高度，为实际运行轨迹的横坐标值平均值，为实际运行轨迹的纵坐标值平均值，为实际运行轨迹的空间高度平均值，x0为模拟运行轨迹横坐标值，y0为模拟运行轨迹纵坐标值，z0为模拟运行轨迹空间高度。

37、地面站模块，所述地面站模块用于向飞行控制器发送起飞、降落、任务指令，规划飞行航线、监控飞行状态。

38、在本技术的一些实施例中，公开了一种无人机飞行控制器故障注入测试方法，应用于无人机飞行控制器故障注入测试系统，包括：步骤1，检查确认各个设备连接状态，确认无误后在上位机模块的实仿切换单元中，选择参与测试的设备信号来源是模拟接口还是实物接口；

39、步骤2，在上位机中设置飞行条件参数，并运行指令；

40、步骤3，在地面站模块完成无人机起飞前检查，确认无误后发送无人机起飞，观察无人机的飞行状态；

41、步骤4，在地面站模块观察，当无人机进入待测试的飞行阶段时注入故障，选择注入故障的方式是手动注入还是自动注入；

42、步骤5，在地面站模块和上位机模块观察注入故障后无人机的飞行状态；

43、步骤6，经过规定观察时间后，将所设置的故障状态进行恢复；

44、步骤7，对故障注入后的无人机的飞行状态进行记录，并根据结果评估模块对试验数据进行记录和分析。

45、在本技术一些实施例中，当无人机进入待测试的飞行阶段时注入故障的方法包括：

46、手动故障注入有两种注入方式：(1)通信类故障：手动拔出指定的断联块，切断该通道和飞行控制器的通信线缆，向飞行控制器注入通信中断故障；(2)供电故障：手动关闭一路或几路给飞行控制器供电的开关按钮，向飞行控制器注入供电余度降级故障；

47、自动故障注入：在上位机的系统故障设置软件选择需要设置故障的设备，然后选择故障的类型，然后将故障信息经由上位机的反射内存板卡发送至vmic网络，信号模拟器和实时仿真机将读取上位机设置的故障信息，产生对应的故障信号注入飞控计算机中。

48、本技术公开了一种无人机飞行控制器故障注入测试系统及方法，相对在无人机故障注入测试的工作上，具有如下优点：

49、1.本技术增加了可注入的故障种类通过仿真处理模块对无人机的故障进行模拟，提高了试验效率。

50、2.本技术建立有参数评估模块，通过构建实际飞行立体模型更加精准的判断分析试验数据的准确性。

51、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。