基于遥测数据共享的无人机试飞监测技术研究

付 磊，彭 壮，吕当侠，田 峰，严 杰

(航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都 610091)

0 引言

试验试飞是无人机研制过程中的重要一环，目前对于试飞监测系统的研究多集中于提高机载数据监测设备的性能、丰富地面数据监测系统的功能[1-5]，但是试飞监测系统的研发仍避免不了“量身定做”，飞机平台上需要考虑机载数据监测设备的安装接口及电气接口，试飞监测系统的设计与无人机平台本身的设计高度耦合，由此造成了试飞监测系统通用性差，不同型号项目重复设计等问题。

针对上述问题，考虑与无人机地面控制站共享遥测数据，研究了一种轻量化的试飞监测系统。该系统为载车及方舱的形式，通过与无人机地面控制站交联，共享机载遥测数据，不需要对机载平台进行任何更改。试飞监测软件针对不同专业试飞工程师个性化定制试飞监测界面，实现对无人机试飞状态的实时监测，具有通用性强、轻量化的优点。

1 传统的无人机试飞监测系统

传统的无人机试飞监测系统包含机载数据监测系统(ADAS)和地面数据监测系统(GDAS)。机载数据监测系统加装在机载平台上，包含数据采集设备、数据记录设备、遥测设备、各类传感器及摄像头，具有数据采集、数据记录、数据信息链路下传等功能。

一般情况下，ADAS通过接入原飞行平台的通信总线采集各类飞行数据，通过加装的各类传感器采集应变、振动、温度等信号，通过加装的摄像头采集视频信号。ADAS将采集的所有数据记录，并将部分数据通过飞行监测数据链下传至GDAS，GDAS对接收到的数据进行解算还原显示，供地面人员实时监视使用。

另一方面，位于地面的无人机指挥控制系统通过无线链路与飞行平台交互，实现对无人机的监视与控制。指挥控制系统和试飞监测系统的传统模式如图1所示。

图1 指挥控制系统和试飞监测系统的传统模式

2 轻量化试飞监测系统顶层架构设计

传统的试飞监测系统由于需要在机载平台加装设备，必须考虑加装设备的机械接口和电气接口，使得试飞测试系统的设计与飞行平台的设计高度耦合，令本可通用化的试飞测试系统一直处于“专机专用”的境地，同时也对无人机飞行平台的设计造成影响。另外无人机的链路设备与试飞监测系统的遥测设备的功能本质均为完成地空数据交互，二者在功能上存在着重叠。

其次，无人机与有人机相比，其指挥控制系统位于地面，飞机的状态信息均通过无线链路下传至地面，由地面控制站上的飞行员完成监控任务。由于无人机飞行员不像有人机一样在飞机座舱中，无线链路下传的数据必须支持飞行员的监控和处置。因此无人机通过遥测链路下传的信息异常丰富，不仅能满足飞行员的需求，也能够满足试飞工程师对飞机状态实时监测的需求。

最后，通过对无人机典型任务过程的业务流程的梳理，指挥控制系统与试飞监测系统具有如图2所示的共性业务流程。两个系统在数据接收、数据解析等技术上具有一致性，仅仅最终面对的用户有所区别。指挥控制系统面向无人机飞行员，除了监视以外还需要对无人机进行操控；试飞监测系统面向试飞工程师，试飞工程师的专业划分使得试飞监测界面常常也需要按照机电、航电、飞控、动力等专业方向设计界面。从业务流程的角度，指挥控制系统与飞行监测系统具有极强的相似性。

图2 指挥控制系统和试飞监测系统的共性业务流程

基于以上三点原因，本着简化设计提高通用性的原则，考虑取消传统试飞监测系统的机载部分，仅保留地面部分，充分利用无人机本身遥测信息丰富的优势，与地面指挥控制系统共享无人机链路及遥测数据，实现轻量化试飞监测系统设计。

轻量化的试飞监测系统如图3所示，无人机通过无线数据链路传输平台的下行数据信息，地面指挥控制系统通过其综合处理单元进行数据的分发和存储，同时将无人机下行数据传输给试飞监测系统。整个过程中将原有的ADAS和GDAS系统与飞机系统进行一体化设计，充分共享系统资源，同时共用链路设备。

图3 试飞监测系统构型

3 试飞监测软件设计

试飞监测软件应具有的功能模块包括数据接收、数据解析、数据显示、数据存储、数据回放等。每个模块具体功能如表1所示。试飞监测软件启动完成后，默认进入标准模式，自动选择网络，自动选择链路，接收相应通道以及链路的数据解析并显示。在标准模式下可以强制选择A网络、B网络，也可以强制选择链路1、链路2，并且可以在需要的情况下开始、停止保存数据。切换到回放模式，可以做除了保存数据以外的标准模式下的任何操作。同时回放模式下，可以调整回放速度、跳转至选中的数据帧。试飞监测软件的主要执行流程如图4所示。

表1 试飞监测软件模块的具体功能

图4 试飞监测软件执行流程图

4 基于配表的遥测数据解析技术

数据解析功能是试飞监测软件的主要功能，传统的解析方法是按照数据要素定义结构体，在根据遥测数据格式手动完成每个要素的解析，即该功能模块是针对型号的具体要求进行定制开发，由于无人机的下传的遥测数据量较为庞大，因此该方法的软件开发及维护工作量都非常大，当下一个型号开始研制时，需进行重复开发。

本文通过分析显控类软件的需求，抽象通用流程，采用基于配表的遥测数据解析技术，形成通用软件架构，从而使各型号之间的不同需求(遥控与遥测数据)与软件的框架相隔离，面对显控要素的变更仅需要更改界面和配置文件即可，不需要对软件框架进行任何修改。遥测数据配表示例如表2所示，遥测数据解析功能对比如图5所示。

表2 遥测数据配表示例

图5 遥测数据解析功能对比

5 系统应用与分析

本文研究的试飞监测系统已经在飞行监测中得到应用，极

大地减少了试飞测试改装的工作量，缩短了无人机系统的研制周期。由于采用了基于配表的遥测数据解析技术，系统通用化程度高，面对显控要素的变更仅需要更改界面和配置文件，无须对试飞监测软件核心代码进行更改。结果表明该系统满足试飞监测需求，相比于传统的机载设备与地面设备结合的试飞监测系统具有通用性强、轻量化等特点。

6 结束语

本文针对无人机试飞监测系统独立定制开发引起的通用性、可移植性差，开发周期长，人力成本高问题，研究了一种与地面指挥控制系统共享遥测数据链路的试飞监测系统，该试飞监测系统仅通过与无人机指挥控制系统交联，满足各专业试飞工程师的试飞监测需求。系统软件的设计采用了基于配表的数据解析方式，对其他显控类软件的设计具有一定的指导意义。

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