基于VxWorks的小型无人机飞行控制软件设计

针对小型无人机功能日益复杂,迫切需要提高实时性与可靠性等现状,开发了一套基于VxWorks实时操作系统的小型无人机飞行控制软件,实现了无人机自主起飞、空中巡航和自主着陆等飞行控制功能;在完成软件需求分析的基础上,设计了飞行控制软件的总体结构,并结合VxWorks操作系统的运行机制给出飞行控制软件模块化设计方案,着重介绍了多任务环境下任务划分及优先级分配策略;半物理飞行仿真试验表明:该飞行控制软件能够实现自主、指令、人工3种飞行模式下的飞行控制功能,具有良好的实时性和可靠性,满足飞行控制软件最初的设计需求,同时大大降低了开发难度,提高了软件的可维护性和可移植性。     

封底照片说明

这是中国、法国和新加坡共同投资、联合研制,由哈飞总装生产的新一代单发五座级HC120轻型直升机。该机具有可靠性高、使用维护成本低、操纵简单及低噪音水平等特性,适用于警务执法、空中巡逻、飞行培训、医疗救护及公务飞行等。封底照片说明@李博文     

采用针孔照相法测量炮弹飞行姿态

测量炮弹的飞行姿态,特别是距炮口200米内的飞行姿态,是外弹道实验最重要的内容之一,因为飞行姿态与飞行稳定性及射击密集度的研究密切相关。当前,测量飞行姿态的方法有攻角纸靶、弹道靶道及高速摄影等。攻角纸靶简单、经济,但它对弹丸的运动有干扰,精度较低;弹道靶道能得到精确的飞行姿态数据,但必须建立一系列火花闪光照相站,耗费巨大;弹道同步照相及高速分幅照相也可测量姿态,但因精度较低,化费大,实际上没有得到广泛应用。 用在弹头上安装针孔照相机的方法,并借助一个频闪平行光源,能够直接记录攻角——时间变化曲线。此法比较简单、经济、精确,其缺点是需要回收射击的炮弹。     

飞行试验空中特情处置专家系统设计

当飞机在进行飞行试验过程中遇到空中特情时,通常是凭借试飞员及指挥员的技术和经验进行处置的;然而,由于受到当时所处的特殊环境及情绪的影响,这种传统的特情处置方式很容易出现由于判断失误而导致的重大飞行事故;本系统从飞行试验空中特情的特点及专家系统在故障诊断方面的应用入手,在研究故障树诊断技术、推理机等领域研究成果的基础上,提出了基于专家系统的飞行试验空中特情处置方案;应用结果表明,该系统结构稳定、响应快速、定位准确,具有很好的应用推广价值。     

封面照片说明：

2008年9月26日,49岁的瑞士飞行员伊夫·罗西依靠绑在背上的喷气动力飞行翼,成功飞越了35千米宽的英吉利海峡。这是一项长达十年的研究成果,飞行翼翼展2．45米,操控起来非常复杂;飞行者的身体就是机身和方向舵,通过转头、弯曲身体及改变脚的姿势等动作来调节方向。飞行翼的骨架由碳纤维制成,外层包裹玻璃钢,内部有一个电控单元、线缆,     

基于总线仪器的飞行信号再现方法研究

提出基于总线仪器的飞行信号再现方法,将原始飞行数据经解译、数据去噪、插值平滑、信号解算等处理后驱动总线仪器,按照一定的逻辑时序再现飞机飞行过程中产生的各种信号,在地面作为飞行数据记录仪的数据源,解决飞行数据记录仪功能及性能测试真实性、有效性问题。研制的飞行信号管理系统,信号类型包括模拟量、离散量和各种机载总线量,实现飞行信号再现的同时对产生的信号进行自检验证,保证信号再现准确性。系统由硬件平台和系统软件组成,采用网络化集成、集中互联接口、时钟同步和触发、硬件资源模型化、飞参解译、数据去噪、插值平滑、IVI类驱动封装等软、硬件设计及实现中的关键技术。通过系统和某型号飞行数据记录仪联机测试,结果分析证明研制软硬件的功能、性能及信号再现准确性。     

飞行试验大数据技术及展望

现代航空武器装备综合化和信息化程度越来越高,飞行试验测试数据的种类增多,测试数据量剧增,飞行试验进入了大数据时代。试飞大数据的来临,对试验数据的获取、记录、传输和处理等传统技术及模式产生了强大的冲击,也提出了严峻的挑战。本文在简要介绍大数据概念及国外研究应用现状的基础上,通过总结分析飞行试验数据的新特征、新需求,提出了“试飞大数据”的概念,得出飞行试验数据是典型大数据的结论;按照试飞测试流程和大数据技术范畴,重点分析了试飞大数据技术中的数据获取、交换、记录、传输、监控、处理、存储等关键技术,最后,对试飞大数据技术的应用前景进行了展望。     

一种具有多种成像倍率的电视跟踪测量物镜

在飞行试验中,采用直接成像的电视跟踪系统对飞行目标进行自动跟踪和测量,不仅观察方便,而且更适合于对视频信号数字化和图像处理。电视系统要执行在作用距离内对飞行目标的搜索、跟踪和测量等功能,单靠一种固定焦距的电视物镜显然是不够的。介绍了一种具有三种成像倍率的变焦距电视物镜,着重描述了其结构组成、技术性能及特点。借助于三种成像倍率的变化,系统得以实现形心跟踪、边缘跟踪和相关跟踪等多种跟踪方式,从而完成地多种成像状态下对飞行目标的自动跟踪和测量,如远距离的点目标,近距离体目标的某部位以及复杂背景中的动目标等。     

飞行物体对微波链路遮挡效应的角谱法分析(邀请)

利用包括低轨卫星星座及同步轨道卫星等无线通信空中平台所发出的微波信号,提出一种基于飞行物体对微波的遮挡效应进行飞行物体监测的方法。如何定量分析遮挡效应是这种新方法需要解决的一个关键问题。由于微波衍射和光衍射本质上是相同的,提出利用光学分析的方法来解决这一问题。通过将整个微波链路系统用一个简化的光学系统来描述,用角谱法计算并分析了飞行物体相对于微波传播路线的移动速度、飞行物体高度等参数对接收机接收的微波强度的影响,为进一步研究这种新的监测方法奠定了基础。     

航模飞机实时定位及飞行轨迹记录方法研究

在航模飞机和其他小型飞行器研发和性能试验过程中,飞行轨迹及运动参数等始终是人们十分关注的问题;提出了一种简便方案,使用呈三角形分布的3台超声波测距仪与计算机相连,按照设定的采样时间间隔,同时从不同方位对飞行目标的空间位置进行测距,计算机通过推算将3个距离转换为空间坐标并按对应的时间顺序记录入数据库,连接这些坐标点就可得到飞行轨迹;利用得到的飞行轨迹可以方便地求解一系列飞行性能参数;该方法对分析飞行性能和优化航模飞机结构具有重要作用。     

封面照片说明

这是由中科院沈阳自动化研究所研制的“旋翼飞行机器人”,其主要特点：活动范围大,可实现远程超距自由飞行;机动性能良好,能完成悬停,超低空侧飞等复杂飞行;可搭载多种机器设备。它的用途广泛：可用于调查与救援自然灾害灾情;公安、消防、环保及重要设施和场所的监控;巡检输电线路、油气管线;农业病虫害的防治及农药喷洒;在军事上可用于地面／海面的战术侦察、打击效果评估及电子对抗预警等。最大起飞重量110千克,有效载荷30千克,悬停高度560米,最大速度每小时90千米,最大航程120千米,最大航时1．5小时,使用升限3000米,活动半径30千米。     

站点式飞行试验实时监控软件平台研究

飞行试验实时监控软件平台的运行效率直接影响着飞行试验过程管理的高效性。在实时数据解算服务器的基础上,配置站点服务器及DNS服务器,构建站点式飞行试验实时监控软件平台,利用交互式页面设计及网络数据库管理技术,提高实时监控软件平台的管理及维护效率,改善监控软件的用户交互模式。实现了监控组件在站点式软件平台下“访问部署、链接监控”的目的,从而简化了飞行试验监控工作环节,有助于缩短型号科目试飞周期。     

基于Simulink和C++混合编程的测试系统建模技术研究

介绍了一种基于Simulink和C++混合编程技术的自动飞行控制系统测试系统建模技术及调试方法;基于Simulink搭建飞行仿真模型,通过RTW自动代码生成工具将各仿真模块分别生成嵌入式代码,并集成应用于C++软件设计环境中;通过对时钟的有效设定,实现了基于Windows系统的实时飞行仿真测试系统的设计,仿真软件的最小运算周期为2 ms;该技术不仅可以满足自动飞行控制系统飞行仿真试验的实时性要求,并且在软件开放性、接口扩展性、板卡驱动的通用性以及软件设计功能多样性等方面占有较大优势;基于这个技术建立而成的仿真测试系统,某型自动飞行控制计算机已经成功的开展了多轮半物理仿真验证试验,并取得了良好的试验效果,从而为产品的试飞定型奠定了坚实的基础。     

无人机匹配地形飞行的无线紫外光引导方法

使用紫外光引导无人机飞行,具有抗干扰能力强、全天候非直视通信、保密通信能力强和适用于特殊场合等优点。因此,提供一种无人机匹配地形飞行的无线紫外光引导方法,以辅助无人机匹配不同地形飞行。提出一种基于紫外光的光功率控制方法,调整紫外信标发送端的角度和发射功率,使得到达无人机飞行平面的紫外光的功率相等,从而保障无人机安全飞行。对功率控制方法进行了计算机仿真。实验结果表明,紫外光LED发送张角不超过80°时,功率容易控制,信标集成易于实现,且受地形、高度等因素影响较小。     

微小型球形飞行器飞行控制系统设计

根据微小型球形飞行器的结构特点和工作原理,设计了一套基于ARM Cortex-M3 STM32F103RBT6微控制器的飞行控制系统,进行了主要模块的功能设计与性能分析,给出了研究结论与选型依据,还设计并完成了姿态传感器两轴转台实验和飞行器室内飞行试验。测试结果表明,该控制系统的姿态传感器姿态测量精度高,能够为飞行控制提供姿态参考信息;飞行器能够圆满实现空中悬停、低空机动等飞行动作,且空中飞行姿态稳定、实时、可靠。该飞行控制系统功能可靠、性能稳定,能够较好地满足微小型球形飞行器的飞行控制要求,具有一定的实用性与扩展性。     

飞行试验测试采集的AFDX总线检测分析技术研究

在航空产品的航电系统跨代升级中,AFDX总线数据的检测分析是飞行试验对航空产品航电系统进行科研鉴定的一项重要技术手段,针对复杂航空电子环境下的采集记录的AFDX总线数据的多类、随机性等特点,提出了AFDX总线消息识别、帧检测、丢包检测分析方法及实现技术,并结合采用了AFDX总线周期检测分析算法,设计了AFDX总线的检测分析技术,实现了飞行试验AFDX总线的检测分析,最后在某试验机AFDX总线飞行试验测试中进行了应用,试验表明该AFDX总线检测分析技术满足飞行试验对航电系统进行科研鉴定的需求。     

探月飞行器效能评估研究与实践

航天器飞行效能评估是整器级测试验证以及在轨飞行结果评价中不可或缺的重要环节,针对我国探月三期月地高速再入返回飞行试验,提出了一种基于任务剖面的航天器飞行效能评估方案;提取7个任务剖面、17个约束条件,建立面向月地再入返回过程的指标评估体系;通过定量、定性指标量化计算、权重系数层次分析法计算各任务剖面的能力度量值,解决了系统目标完成能力不易定量描述的难题,实现了对月地转移段、大气层外自由飞行段、再入段、跃出段等过程自主飞行能力的科学定量评估,对后续月球无人采样返回、火星探测等探测器系统的效能评估具有一定参考意义;该方法已应用于月地高速再入返回飞行器系统。     

我国试制成功“六自由度”飞行仿真模拟机系统

近日,中国民航大学航空地面特种设备研究基地突破飞行模拟机研制中的飞行仿真、运动控制、视景系统等19项关键技术,成功试制出“六自由度”飞行模拟机系统．据介绍,目前我国民航运输和培养飞行员所需飞行模拟机全部依赖进口．仅民航运输系统每20架运输机就需要一台飞行模拟机用于飞行员训练,而进口一台飞行模拟机约需1．5亿元．“十一五”期间,我国每年新引进约150架民航运输飞机,需要大批量的飞行模拟机相配套．该模拟机系统的试制成功,为我国大规模、低成本、高效率培养飞行员提供了坚实的技术保障．     

一种252Cf裂变中子源的中子、γ射线飞行时间谱测量新方法

 针对²⁵²Cf快中子、γ射线的飞行时间谱测量要求,提出并建立一种基于高速数据采集卡的新型测量系统。采用1 GHz高速A/D转换单元和现场可编程门阵列高速处理单元,进行脉冲时间序列的在线检测,时间精度为1 ns。使用相关函数法,通过PC机的数据处理、互相关函数计算和数值统计等实现中子、γ射线飞行时间谱的测量。实验结果表明,该系统可以获得²⁵²Cf自发裂变中子源的中子、γ射线飞行时间谱,与经典的飞行时间谱测量方法相比较,其图谱表达及数值结果有着很高的吻合度。     

运载火箭飞行力学环境虚拟试验及可视化系统设计与实现

运载火箭的飞行力学环境随着飞行过程不断发生变化,而当前无论是基于实物试验还是基于数值分析,火箭的飞行力学环境分析大多针对特定飞行状态和工况而无法给出动态变化信息,因此开展了飞行力学环境虚拟试验及可视化技术研究。基于特征代理模型采用Fortran语言设计了场数据快速预测算法,在采样数值仿真的基础上实现了火箭在大气飞行过程中的动态气动力与气动热环境虚拟试验;采用C++开发了实时分站载荷算法,实现了火箭飞行期间的载荷环境虚拟试验。开发了与运载火箭飞行仿真配合的总线通信接口,并基于EnSight开发了分布式动态可视化系统,通过共享内存的进程间通信方式实现了飞行力学环境的动态显示。结果表明,该系统可以给出火箭飞行力学环境的全局和关注点信息的动态变化,为飞行力学环境精细化分析和直观可视化研究提供了手段。