徐玉 聞曉宇 王威 侯朋朋

摘 要：文章是介紹一款對輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行品質(zhì)評估軟件的設(shè)計與開發(fā)。系統(tǒng)通過一套無人機的飛行品質(zhì)評分標準把無人機的飛行品質(zhì)評價通過評分較為直觀的反應出來，也為不同類型的無人機之間的對比評價提供了可操作性。無人機執(zhí)行任務時是一個閉環(huán)的、高度集成的飛行控制系統(tǒng)包括了數(shù)據(jù)鏈路傳輸，飛行系統(tǒng)指令，以及無人機體對指令的響應等諸多過程，因此飛行品質(zhì)指標參數(shù)可通過進行量化評分，由數(shù)據(jù)鏈路，飛控系統(tǒng)和飛機本體運動響應單獨打分相加得到。以此為理論基礎(chǔ)研究無人機系統(tǒng)品質(zhì)評估系統(tǒng)軟件的設(shè)計與開發(fā)，主要包括軟件功能設(shè)計、程序流程設(shè)計、制定評分標準及系統(tǒng)構(gòu)架的建立。

關(guān)鍵詞：無人機飛行品質(zhì)評估；軟件功能設(shè)計；評分細則

中圖分類號：V212 文獻標志碼：A 文章編號：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

無人機種類眾多，用途廣泛，在軍事和日常工作領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用和意義[1]，飛行品質(zhì)規(guī)范是設(shè)計無人機（包括飛行控制系統(tǒng)）的依據(jù)和基礎(chǔ)[3]。良好的飛行品質(zhì)規(guī)范對設(shè)計工作可以起到事半功倍的作用[2]。本文以輕型固定翼無人機為研究對象，對其飛行品質(zhì)評估軟件的設(shè)計與開發(fā)進行了分析研究。

2 需求分析

輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行品質(zhì)評估軟件的目標是對輕型固定翼無人機的主要飛行品質(zhì)指標進行準確、快速計算，為無人機飛行狀態(tài)監(jiān)控提供數(shù)據(jù)參照。

從功能需求的角度出發(fā)，固定翼無人機飛行品質(zhì)評估系統(tǒng)需要實現(xiàn)對固定翼無人機飛行的穩(wěn)定性、起降速度特性及穩(wěn)定性、俯仰操縱特性等方面的飛行品質(zhì)參數(shù)進行基于數(shù)據(jù)的評估和統(tǒng)計。

該評估軟件系統(tǒng)具有良好的可拓展性，可進行多種無人機選型的切換，能夠快速增添新機型和新評估參數(shù)，以適應不同類型固定翼無人機系統(tǒng)的評估要求，滿足用戶的使用需求。

從數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定以及運算準確的角度出發(fā)，該評估軟件具有強大的數(shù)據(jù)庫作為支撐，并且，會對每次輸入的數(shù)據(jù)進行采集分析和儲存入庫，保證了評估的準確性和實時性。

3 飛行品質(zhì)評估軟件的設(shè)計

3.1 功能設(shè)計

輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行品質(zhì)評估軟件根據(jù)需求分析可將功能劃定為三個模塊：數(shù)據(jù)管理模塊、品質(zhì)評估模塊、查詢統(tǒng)計模塊，其功能設(shè)計圖如圖1所示。數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)對無人機機型參數(shù)的管理、對無人機飛行數(shù)據(jù)的錄入，對評估結(jié)果的存儲以及對飛行品質(zhì)評估指標的設(shè)置。品質(zhì)品估模塊是整個系統(tǒng)的核心內(nèi)容，系統(tǒng)根據(jù)錄入的無人機參數(shù)，以設(shè)定的評分標準為依據(jù)，對目標無人機的飛行數(shù)據(jù)進行飛行品質(zhì)評估，同時也會把無人機飛行數(shù)據(jù)存檔并把評估結(jié)果一并存檔以便查詢。查詢統(tǒng)計模塊可以把無人機信息和評估數(shù)據(jù)整理存檔，方便查詢參與評估過的無人機的評估數(shù)據(jù)。

3.2 流程設(shè)計

輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行品質(zhì)評估軟件流程設(shè)計如圖2所示。評估軟件可對無人機機型信息進行錄入，以便于評估選型使用。

評估軟件根據(jù)無人機的類型，選擇無人機的評估指標參數(shù)，系統(tǒng)進入對應評估算法，對參數(shù)進行分析并參考評分標準，得到評估結(jié)果，實現(xiàn)對無人機系統(tǒng)的飛行品質(zhì)評估。同時，通過對錄入無人機進行編號，完成數(shù)據(jù)錄入后，該無人機的信息將自動存檔在數(shù)據(jù)庫中。無人機完成飛行品質(zhì)評估后，其對應的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)和評估結(jié)果也會錄入到對應的無人機信息庫里，分類保存以便于查詢，而對于飛行品質(zhì)未通過或者無用數(shù)據(jù)系統(tǒng)也可以及時的清理。

3.3 評分指標

根據(jù)輕型固定翼無人機飛行品質(zhì)評估的特點，建立如下評分細則：目前無人機呈多類發(fā)展，不同類的無人機的設(shè)計理念思想以及使用任務要求不同，因而，需要區(qū)分種類評估無人機的飛行品質(zhì)，但是不同類的無人機飛行品質(zhì)的區(qū)分，主要區(qū)分它的任務特點，所以需要對此加以考慮，可以引入權(quán)重系數(shù)通過權(quán)重來實現(xiàn)評分標準。雖然飛行品質(zhì)實驗指標的單項檢驗，局部都反映出無人機特性。需要關(guān)注的是某些無人機需要完成特定的任務而相對應某項飛行品質(zhì)起著至關(guān)重要的地位，則這些對某些性能有著特殊要求的無人機在要求的性能評分上取最低值。無人機作為一個系統(tǒng)與有人機的最大的區(qū)別，不但要考慮飛行器本身的設(shè)計[4]，還要考慮測控鏈路和飛控的設(shè)計。它們在設(shè)計上的疏漏和缺失，都將導致無人機品質(zhì)的下降，也直接反應在飛行品質(zhì)評分上的降低。根據(jù)無人機的以上特點建立以下評分點：

（1）單項飛行品質(zhì)試驗指標得分；

（2）飛行品質(zhì)指標權(quán)重系數(shù)；

（3）飛控系統(tǒng)影響系數(shù)；

（4）測控鏈路影響系數(shù)。

得到飛行品質(zhì)評價分數(shù)后，可根據(jù)分數(shù)將無人機飛行品質(zhì)作出以下評價：

9分～10分 優(yōu)秀

7.5分～9分 良好

6分～7.5分 合格

6分以下 不合格

對于每一架無人機，根據(jù)上述方法，都可以給出0～10分之間的一個唯一與飛行品質(zhì)相對應的評分得分，對無人機的飛行品質(zhì)評價能夠較為直觀的反應出來，也為不同類型的無人機之間的對比評價提供了可操作性。

3.4 系統(tǒng)構(gòu)架圖

輕型固定翼無人機飛行品質(zhì)評估系統(tǒng)采用基于對話框的架構(gòu)，即數(shù)據(jù)表示，界面顯示，用戶輸入交互在同一個界面實現(xiàn)。使程序使用更加直觀，便利。界面交互通過MFC對話框?qū)崿F(xiàn)；數(shù)據(jù)管理通過SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)，為數(shù)據(jù)管理與分析帶來了靈活性，允許單位在快速變化的環(huán)境中從容響應。

交互界面是整個系統(tǒng)中處于關(guān)鍵的位置，包含了所有功能界面。它不僅要實現(xiàn)各個功能的交互，以完成相應的功能，還向用戶提供友好的界面。在交互界面上實現(xiàn)無人機機型的選擇、數(shù)據(jù)錄入和進入評估程序。所以交互界面在整個系統(tǒng)中還起著承上啟下的作用，通過接受用戶請求的指令完成相應的功能。

數(shù)據(jù)管理通過SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)。從交互界面接受的數(shù)據(jù)能夠直接儲存在數(shù)據(jù)庫中，在無人機完成飛行品質(zhì)測試后把對應的測得數(shù)據(jù)錄入到對應的無人機信息庫里。用戶同樣能通過交互界面提出查看數(shù)據(jù)庫中的無人機數(shù)據(jù)，實現(xiàn)快速直接的查詢測試無人機的品質(zhì)數(shù)據(jù)。

4 軟件實現(xiàn)

輕型固定翼無人機系統(tǒng)飛行品質(zhì)評估軟件是采用Microsoft Visual C++實現(xiàn)的程序，數(shù)據(jù)管理采用SQL Server作為數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)涵蓋用戶登錄、數(shù)據(jù)錄入、查詢、品質(zhì)評估、數(shù)據(jù)維護、幫組等功能為實現(xiàn)無人機飛行品質(zhì)評估提供了完整的邏輯流程，其界面如圖4、5所示。

5 結(jié)束語

本文的軟件設(shè)計實現(xiàn)了固定翼無人機飛行品質(zhì)的定向以及總體可靠性的評估。建立了固定翼無人機飛行品質(zhì)參數(shù)化評價方法，并依據(jù)此方法結(jié)合無人機特點建立一種能對不同類型固定翼無人機的基本飛行品質(zhì)進行評估的算法，將無人機的實驗數(shù)據(jù)輸入軟件系統(tǒng)中，能快速計算出試驗無人機飛行品質(zhì)的相應報告單和品質(zhì)評分，以達到評估的目的。

參考文獻：

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