輕型固定翼無人機系統飛行品質評估軟件設計與開發

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飛行品質評估軟件的設計與開發。系統通過一套無人機的飛行品質評分標準把無人機的飛行品質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。無人機執行任務時是一個閉環的、高度集成的飛行控制系統包括了數據鏈路傳輸，飛行系統指令，以及無人機體對指令的響應等諸多過程，因此飛行品質指標參數可通過進行量化評分，由數據鏈路，飛控系統和飛機本體運動響應單獨打分相加得到。以此為理論基礎研究無人機系統品質評估系統軟件的設計與開發，主要包括軟件功能設計、程序流程設計、制定評分標準及系統構架的建立。

關鍵詞：無人機飛行品質評估；軟件功能設計；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域發揮著重大作用和意義[1]，飛行品質規范是設計無人機（包括飛行控制系統）的依據和基礎[3]。良好的飛行品質規范對設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，對其飛行品質評估軟件的設計與開發進行了分析研究。

2 需求分析

輕型固定翼無人機系統飛行品質評估軟件的目標是對輕型固定翼無人機的主要飛行品質指標進行準確、快速計算，為無人機飛行狀態監控提供數據參照。

從功能需求的角度出發，固定翼無人機飛行品質評估系統需要實現對固定翼無人機飛行的穩定性、起降速度特性及穩定性、俯仰操縱特性等方面的飛行品質參數進行基于數據的評估和統計。

該評估軟件系統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，以適應不同類型固定翼無人機系統的評估要求，滿足用戶的使用需求。

從數據傳輸穩定以及運算準確的角度出發，該評估軟件具有強大的數據庫作為支撐，并且，會對每次輸入的數據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 飛行品質評估軟件的設計

3.1 功能設計

輕型固定翼無人機系統飛行品質評估軟件根據需求分析可將功能劃定為三個模塊：數據管理模塊、品質評估模塊、查詢統計模塊，其功能設計圖如圖1所示。數據管理模塊實現對無人機機型參數的管理、對無人機飛行數據的錄入，對評估結果的存儲以及對飛行品質評估指標的設置。品質品估模塊是整個系統的核心內容，系統根據錄入的無人機參數，以設定的評分標準為依據，對目標無人機的飛行數據進行飛行品質評估，同時也會把無人機飛行數據存檔并把評估結果一并存檔以便查詢。查詢統計模塊可以把無人機信息和評估數據整理存檔，方便查詢參與評估過的無人機的評估數據。

3.2 流程設計

輕型固定翼無人機系統飛行品質評估軟件流程設計如圖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。

評估軟件根據無人機的類型，選擇無人機的評估指標參數，系統進入對應評估算法，對參數進行分析并參考評分標準，得到評估結果，實現對無人機系統的飛行品質評估。同時，通過對錄入無人機進行編號，完成數據錄入后，該無人機的信息將自動存檔在數據庫中。無人機完成飛行品質評估后，其對應的飛行狀態數據和評估結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，而對于飛行品質未通過或者無用數據系統也可以及時的清理。

3.3 評分指標

根據輕型固定翼無人機飛行品質評估的特點，建立如下評分細則：目前無人機呈多類發展，不同類的無人機的設計理念思想以及使用任務要求不同，因而，需要區分種類評估無人機的飛行品質，但是不同類的無人機飛行品質的區分，主要區分它的任務特點，所以需要對此加以考慮，可以引入權重系數通過權重來實現評分標準。雖然飛行品質實驗指標的單項檢驗，局部都反映出無人機特性。需要關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起著至關重要的地位，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與有人機的最大的區別，不但要考慮飛行器本身的設計[4]，還要考慮測控鏈路和飛控的設計。它們在設計上的疏漏和缺失，都將導致無人機品質的下降，也直接反應在飛行品質評分上的降低。根據無人機的以上特點建立以下評分點：

（1）單項飛行品質試驗指標得分；

（2）飛行品質指標權重系數；

（3）飛控系統影響系數；

（4）測控鏈路影響系數。

得到飛行品質評價分數后，可根據分數將無人機飛行品質作出以下評價：

9分～10分 優秀

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，根據上述方法，都可以給出0～10分之間的一個唯一與飛行品質相對應的評分得分，對無人機的飛行品質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 系統構架圖

輕型固定翼無人機飛行品質評估系統采用基于對話框的架構，即數據表示，界面顯示，用戶輸入交互在同一個界面實現。使程序使用更加直觀，便利。界面交互通過MFC對話框實現；數據管理通過SQL數據庫技術實現，為數據管理與分析帶來了靈活性，允許單位在快速變化的環境中從容響應。

交互界面是整個系統中處于關鍵的位置，包含了所有功能界面。它不僅要實現各個功能的交互，以完成相應的功能，還向用戶提供友好的界面。在交互界面上實現無人機機型的選擇、數據錄入和進入評估程序。所以交互界面在整個系統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。

數據管理通過SQL數據庫技術實現。從交互界面接受的數據能夠直接儲存在數據庫中，在無人機完成飛行品質測試后把對應的測得數據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據庫中的無人機數據，實現快速直接的查詢測試無人機的品質數據。

4 軟件實現

輕型固定翼無人機系統飛行品質評估軟件是采用Microsoft Visual C++實現的程序，數據管理采用SQL Server作為數據庫。

系統涵蓋用戶登錄、數據錄入、查詢、品質評估、數據維護、幫組等功能為實現無人機飛行品質評估提供了完整的邏輯流程，其界面如圖4、5所示。

5 結束語

本文的軟件設計實現了固定翼無人機飛行品質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參數化評價方法，并依據此方法結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進行評估的算法，將無人機的實驗數據輸入軟件系統中，能快速計算出試驗無人機飛行品質的相應報告單和品質評分，以達到評估的目的。

參考文獻：

[1]段亮弟.無人機飛行品質試驗技術試驗研究[D].北京航空航天大學.

[2]劉同仁.CAFQ-民用飛機飛行品質適航性評估軟件[J].民用飛機設計與研究，1997（02）：28-31.

[3]陶于金，王建培.無人機飛行品質標準研究[J].飛行力學，2010，28（01）：13-15+19.

[4]潘文俊，樊戰旗，王敏文，等.無人機飛行品質評定準則探討[J].飛行力學，2016，34（01）：6-9.

[5]譚馨，趙俊茹，湯恒仁.無人機數據鏈系統抗干擾性能飛行試驗技術研究[J].科技創新與應用，2016（15）：26-27.