無人機控制系統的軟件可靠性評估

杜加剛 陳博

摘 要：隨著信息化的發展，無人機被廣泛的運用于偵察，作戰等各個領域，無人機系統的可靠性越來越成為人們關注的焦點。特別是對于無人機而言，其控制系統是無人機進行正常操作運轉的基礎環節，所以無人機控制系統的可靠性十分重要，如果發生故障都可能造成無人機在執行任務的過程中發生錯誤，從而導致大量的損失，甚至發生無法挽回的后果。本文以無人機控制系統作為對象，通過建立非齊次泊松過程（NHPP）模型和G-O模型對系統的可靠性進行評估，保證系統的運行質量，提高系統對作戰航材預測的穩定性以及作戰水平。

關鍵詞：無人機；需求預測；系統；可靠性；軟件

1.無人機地面站系統的介紹

1.1無人機整體系統概述

無人機系統發展早，但是前期受重視程度不高。直到近20年時間，隨著無人機在最近的幾次戰爭中的優異表現，無人機已經受到了各個國家的高度重視，從而也取得了飛速的發展。

從無人機系統的組成結構和整體配置上來講，無人機系統雖然沒有一個固定的模式，但綜合各個無人機系統的原理，系統結構，軟硬件組成等幾方面，不難看出一個相對較為成熟的無人機系統應該包括幾個主要分系統，分別是飛行器系統、地面站飛行控制系統，鏈路通訊系統，有效載荷系統，發射與回收系統。

無人機地面站系統是整個無人機系統的控制部分，可以稱之為無人機系統的大腦。它負責整個無人機系統的協調工作以及任務規劃與控制。任務規劃是指在飛行過程中，無人機的飛行航跡收到任務規劃的影響；控制是指再飛行過程中對整個無人機系統的各個系統進行控制，按照使用者的要求執行相應的動作。

1.2無人機地面站系統的特點

地面站系統可以作為整個無人機系統的作戰指揮中心，控制飛行器的飛行過程，飛行航跡，有效載荷對任務的高效完成，通訊鏈路的正常工作，以及飛行器的發射與回收。無人機地面站系統應該發揮的功能也必須是整個無人機系統的重要部分，除了應該完成基本的飛行器狀態控制和有效載荷數據的接收、處理，同時也要求能夠靈活的克服各種未知的自然、人為因素的不利影響，適應各種復雜的環境，保證整個系統整體功能的成功實現。同時，根據無人機系統的發展來看，未來的地面站系統除了實現傳統的功能之外，還應該能夠和遠距離的更高一級的指揮中心聯網通訊，實現數據的及時，有效的傳輸，合理指令的發送等新的功能也應該給予充分的考慮。

《無人機地面站控制系統》具體有以下幾點：

（1）控制飛行器的姿態。飛行器狀態的獲取是通過機載的各種傳感器來完成的，這些傳感器獲得了相應的飛行狀態信息后，通過數據鏈路將這些數據以預定義的格式傳輸到地面站。地面站在得到這些數據后根據控制率解算出控制指令，再通過數據鏈路將控制指令傳輸到飛控計算機上，計算機處理這些信息，發出控制指令來控制飛機的姿態。

（2）有效載荷數據的顯示和有效載荷的控制。有效載荷是無人機任務的執行單元。地面控制站的一個功能就是要實現對有效載荷的控制，以及通過對有效載荷數據的顯示來實現對任務的順利完成。

（3）任務規劃、監控飛行器的位置及航線的地圖顯示。這一部分功能的主要目的就是實現無人機飛行過程中的導航任務。在地面站系統的內部通常有一部分專門用來實現該部分的功能，即所謂的導航臺。操作人員不但可以根據實際的任務要求對飛行器的航線進行預規劃，而且可以在任務執行過程中對航跡進行實時的檢測。

（4）導航和目標定位，無人機在執行任務期間通過無線電數據鏈路和地面控制站之間保持著聯系，無人機除了按照預先給定的航線飛行外，在遇到特殊情況時，需要地面控制站對其實現導航控制，使飛機按照安全的路線進行飛行。

（5）與其他子系統的通信鏈路。用于指揮控制以及分發無人機收集的信息。以前的這方面的通訊鏈路主要是通過人工或者單純的物理單元實現的，隨著計算機和網絡的發展，現在的通信鏈路主要借助于局域網來進行數據的共享。而且，借助于網絡，與其他組織的通訊不單純的是在任務結束以后，甚至是在任務執行期間，通過網絡將數據進行共享，通過更為專業的人員進行更深層次的分析，及及時的作出修改，這樣就會節省出很多的資源，對有效的完成任務提供了有力的支持和合理的建議，使得當前工作更加有效，提高了工作效率。

2.評估模型的構建

2.1模型假設

（1）被評估的軟件在與實際運行環境近似的條件下運行

（2）在測試軟件可靠性的過程中，所檢測到的故障都是相互獨立的

（3）在任意時間內發現的故障的數量和目前軟件中依然殘留的故障數量是成正比的，且故障的實際發現率恒定不變。

（4）在軟件測試的過程中，發現的問題會被立即的修正，且被修正過的部分不會再次發生故障且不會引起后續新的故障。

2.2 模型形式：

（2）系統故障發現情況

系統故障數據是在一個隨機的時刻開始對軟件的運行情況進行測試，對在一段時間內的軟件發生的故障情況進行逐步的調查與分析，主要目的是確定故障是否與無人機地面站控制系統有關，記錄下在測試時間中系統發生故障的時間，在發生一次錯誤后及時停止，對于每一個故障技術人員都會花一定的時間對故障進行修復，再故障修復后繼續進行軟件運行與計時，直至再次出現故障為止，本系統累計記錄了18小時內，軟件發生的十個故障的時間點：對具體故障時刻記錄如下：

3.結束語

本文通過建立非齊次泊松過程（NHPP）模型和G-O模型對作戰航材需求預測系統的可靠性進行評估并細致地描述了其可靠性評估的詳細過程，經過計算可以發現，系統的可靠性不高。所以需要進一步的對系統進行維護與更新，提高軟件的可靠度，確保作戰航材需求預測的穩定性，保證保障供應工作的正常開展與實施。

參考文獻：

[1]基于NHPP軟件可靠性模型的預測研究及實現.周波.電子科技大學，2013.

[2]空管自動化系統軟件可靠性評估和預測方法的研究.王興隆.中國民用航空學院，2006.

[3]構件軟件的NHPP類軟件可靠性增長模型的研究.候春燕.哈爾濱工業大學，2011.