本發(fā)明提供了一種具有故障診斷能力的無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)，它涉及一種具有特殊功能的無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì),屬于無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

二、

背景技術(shù)：

飛行控制系統(tǒng)是整個(gè)無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)中非常重要的核心系統(tǒng)之一，也是目前無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的難點(diǎn)之一。目前市場(chǎng)上有許多無(wú)人直升機(jī)的飛控系統(tǒng)，但大多是消費(fèi)級(jí)的，在功能和可靠性方面距離工程上使用以及軍用無(wú)人機(jī)直升機(jī)的飛控系統(tǒng)相差甚遠(yuǎn)。消費(fèi)級(jí)的無(wú)人機(jī)也就飛行十幾分鐘到幾十分鐘，一般不會(huì)超過(guò)一個(gè)小時(shí)。上面的任務(wù)載荷主要也就是簡(jiǎn)易的攝像機(jī)，用來(lái)拍照和錄像。專業(yè)的無(wú)人機(jī)往往要飛行幾個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)到幾十個(gè)小時(shí)，上面的任務(wù)載荷往往是復(fù)雜的長(zhǎng)變焦距攝像機(jī)、紅外探測(cè)儀、合成孔徑雷達(dá)、氣象雷達(dá)、中技轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備以及衛(wèi)星跟蹤裝置等，一般還能夠全天候執(zhí)行任務(wù)。對(duì)于這種專業(yè)級(jí)別的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，任務(wù)載荷的價(jià)值有時(shí)比無(wú)人機(jī)的價(jià)值還高，所以對(duì)無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)的功能和可靠性的要求就非常高。我國(guó)在消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)有了不錯(cuò)的發(fā)展，但在專業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域和世界上無(wú)人機(jī)先進(jìn)國(guó)家的差別還很大。尤其在專業(yè)級(jí)無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)方面還有不小差距。像美國(guó)“捕食者”、“全球鷹”、“火力偵察兵”、X-47B等軍用無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，相關(guān)文獻(xiàn)和介紹都比較少。我們從1992年就一直從事國(guó)內(nèi)共軸無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)的研究，經(jīng)過(guò)二十多年的實(shí)踐，積累了大量的專業(yè)級(jí)無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)的要求和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)的飛控系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次完成了無(wú)人直升機(jī)50公里自主往返飛行。在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)的具有故障診斷功能的無(wú)人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，希望能對(duì)我國(guó)專業(yè)級(jí)無(wú)人直升機(jī)飛行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供幫助。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種具有故障診斷功能的無(wú)人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可以大大提高無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高整個(gè)無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)有無(wú)人直升機(jī)的飛控系統(tǒng)一般不具備故障診斷功能，系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，往往會(huì)發(fā)生墜機(jī)事故。本發(fā)明主要用于專業(yè)級(jí)無(wú)人直升機(jī)的飛行控制。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明一種具有故障診斷能力的無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)，它包括硬件裝置和軟件結(jié)構(gòu)兩部份；

1、硬件裝置

本發(fā)明一種具有故障診斷能力的無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)，該飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，它是由導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)組成；它們之間的相互關(guān)系如下：導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和遙控遙測(cè)系統(tǒng)通過(guò)特定的接口元件相連接，以完成通信及數(shù)據(jù)傳輸；傳感器系統(tǒng)的傳感器信息接入導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以供導(dǎo)航/飛控計(jì)算；遙控遙測(cè)系統(tǒng)增加一路遙控，通過(guò)遙控自主轉(zhuǎn)換直接與舵機(jī)系統(tǒng)連接，即手動(dòng)遙控線路；執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航/飛控系統(tǒng)輸出的操控信號(hào)實(shí)現(xiàn)操縱；供電系統(tǒng)向傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及遙控遙測(cè)系統(tǒng)提供電力；

1)所述導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是主備式雙余度系統(tǒng)，即導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)A和導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)B組成一組并列的導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)組，分別為主機(jī)和備份機(jī)，可以在兩個(gè)機(jī)箱內(nèi)通過(guò)數(shù)字接口連結(jié)起來(lái)，也可以在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，通過(guò)通信及數(shù)據(jù)接口交換數(shù)據(jù)；該導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)組的結(jié)構(gòu)有CPU板、輸入接口板、輸出接口板、電源板等組成，在飛控計(jì)算機(jī)A和飛控計(jì)算機(jī)B之間通過(guò)A、B機(jī)給出的狀態(tài)字信號(hào)進(jìn)行主備切換。

2)所述傳感器系統(tǒng)由GPS/INS組合、姿態(tài)陀螺、角速率陀螺以及所有機(jī)上傳感器數(shù)據(jù)包括油箱油量表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器、無(wú)線電高度表、空氣壓力傳感器、大氣數(shù)據(jù)傳感器等組成；各傳感器之間的關(guān)系是并列的；GPS/INS作為主傳感器提供直升機(jī)姿態(tài)導(dǎo)航信息，姿態(tài)陀螺、速率陀螺組件構(gòu)成備份系統(tǒng)；上述所有傳感器數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)均同時(shí)傳送給A/B兩套導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)處理；大氣數(shù)據(jù)傳感器得到無(wú)人直升機(jī)前飛空速，再傳送給導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

該GPS/INS組合采用Navsymm^R XR5M12型GPS接收機(jī)，該接收機(jī)是一個(gè)12通道的C/A碼接收機(jī)，可以同時(shí)跟蹤8顆GPS衛(wèi)星，或者采用其相同性能的GPS；

該姿態(tài)陀螺是選用TC-9型撓性陀螺，它能夠提供無(wú)人直升機(jī)的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角結(jié)合磁航向傳感器，可以提供無(wú)人直升機(jī)的航向角。無(wú)人直升機(jī)上一般采用MEMS(Micro Electro Mechanical systems微電子機(jī)械系統(tǒng))結(jié)構(gòu)的陀螺儀產(chǎn)品；

該角速率陀螺是選用DMU3X-21壓電式速率陀螺，它能夠提供無(wú)人直升機(jī)俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角變化的速率。一般采用壓電晶體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品；

該油箱油量表是選用電容式油量表；它是能夠測(cè)量油箱流量的傳感器，也可以選用流量式油量表；

該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器是能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的傳感器，可以采用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器，也可以是光電式傳感器。這里采用SZMB-5電磁式轉(zhuǎn)速傳感器；

該發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器是能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭溫度的傳感器，采用熱電偶型式的溫度傳感器，可按照實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，也可選用現(xiàn)有產(chǎn)品；

該無(wú)線電高度表是能夠測(cè)量無(wú)人直升機(jī)與地面相對(duì)高度的傳感器，通過(guò)收發(fā)天線發(fā)射和接收無(wú)線電波來(lái)測(cè)量。該無(wú)線電高度表可按照實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，也可選用現(xiàn)有產(chǎn)品；這里采用國(guó)產(chǎn)的GT-XX型無(wú)線電高度表；

該空氣壓力傳感器是選用PT40系列空氣壓力傳感器；它是一種壓電式傳感器，可以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)。也可以選用電容式空氣壓力傳感器，該空氣壓力傳感器可按照實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，也可以按照實(shí)際需要選用現(xiàn)有產(chǎn)品；

該大氣數(shù)據(jù)傳感器可按照實(shí)際需要選用現(xiàn)有產(chǎn)品；這里采用的是ZNC-01型大氣數(shù)據(jù)傳感器，該型大氣數(shù)據(jù)傳感器輸出氣壓高度和前飛空速的模擬電壓值，氣壓高度電壓0～5V對(duì)應(yīng)0～6000m，空速電壓0～10V對(duì)應(yīng)0～150km/h；

3)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)由縱向舵機(jī)、橫向舵機(jī)、航向舵機(jī)、總距舵機(jī)、油門舵機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)組成；它們之間是并列關(guān)系；其中各個(gè)舵機(jī)均采用電氣雙余度電動(dòng)舵機(jī)，選用國(guó)產(chǎn)的為無(wú)人直升機(jī)研制的電動(dòng)舵機(jī)，舵機(jī)控制采用PWM調(diào)速模式，即脈沖寬度調(diào)制方式，供電電源為直流24V±5V，電流不大于3A，舵軸最大偏轉(zhuǎn)角度不小于±120°，舵機(jī)額定輸出力矩不小于350N ·m，死區(qū)小于0.2°；該電氣雙余度電動(dòng)舵機(jī)采用雙余度控制器，一套機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要是為了提高電動(dòng)舵機(jī)控制電路的可靠性；

該發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，采用自帶的冷卻系統(tǒng)冷卻。它可以按照實(shí)際需要選用現(xiàn)有產(chǎn)品；

4)所述遙控遙測(cè)系統(tǒng)由地面站、地面遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)和機(jī)載遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)組成，各部分構(gòu)成通信鏈路連接；遙控遙測(cè)系統(tǒng)通過(guò)主、備份通道將遙控遙測(cè)信號(hào)傳送至導(dǎo)航/飛控系統(tǒng)，此外，增加一路遙控2(見(jiàn)圖1)，用于當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)航飛控計(jì)算機(jī)都出事故時(shí)的應(yīng)急方案，通過(guò)遙控遙測(cè)系統(tǒng)，切換至遙控方式，操縱員手動(dòng)遙控飛機(jī)降落；

該地面站由兩到三臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，具有兩到三個(gè)顯示屏幕；主要處理飛行任務(wù)的規(guī)劃、裝訂、監(jiān)視以及對(duì)無(wú)人直升機(jī)的遙控操作；同時(shí)，無(wú)人直升機(jī)任務(wù)載荷獲取的各種信息，也會(huì)傳到地面站上進(jìn)行處理。該地面站可以按照實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，也可選用現(xiàn)有產(chǎn)品；

該地面遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)選用國(guó)產(chǎn)的專為無(wú)人飛行器研制的無(wú)人直升機(jī)地面遙控站；它用來(lái)和無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)系，通過(guò)發(fā)射天線，向無(wú)人直升機(jī)發(fā)送任務(wù)和控制信息；通過(guò)接收天線，接收無(wú)人直升機(jī)傳回來(lái)的各種偵察信息；

該機(jī)載遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)為機(jī)載的信號(hào)接收天線和信號(hào)處理單元，和前述的地面遙控站配套使用；它是無(wú)人直升機(jī)上用來(lái)和地面站進(jìn)行通信聯(lián)系的裝置，通過(guò)接收天線，接收地面站發(fā)送來(lái)的任務(wù)指令；通過(guò)發(fā)射天線，向地面站發(fā)送無(wú)人直升機(jī)探測(cè)到的各種信息；該設(shè)備可以按照實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，也可選用現(xiàn)有產(chǎn)品；

5)所述供電系統(tǒng)向傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及遙控遙測(cè)系統(tǒng)提供電力，供電系統(tǒng)一般為一臺(tái)機(jī)載直流電源，也可裝載一臺(tái)備用電源，其輸出電壓及功率視具體設(shè)備而定。該系統(tǒng)可以按照實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，也可選用現(xiàn)有產(chǎn)品；

2、軟件結(jié)構(gòu)

該無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包含底層操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)I/O模塊和系統(tǒng)管理軟件、余度管理軟件、飛行控制軟件、導(dǎo)航控制軟件及任務(wù)執(zhí)行軟件；見(jiàn)圖2。軟件底層操作系統(tǒng)采用的是VxWorks系統(tǒng)，VxWorks是一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)I/O模塊負(fù)責(zé)處理飛控計(jì)算機(jī)與外接設(shè)備的數(shù)據(jù)處理；系統(tǒng)管理軟件負(fù)責(zé)不同模塊程序的調(diào)用與協(xié)調(diào)；余度管理軟件實(shí)現(xiàn)兩套計(jì)算機(jī)的同步、兩套計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的交叉比較以及故障診斷與隔離功能；飛行控制軟件實(shí)現(xiàn)控制律的管理與執(zhí)行；導(dǎo)航控制軟件實(shí)現(xiàn)航路規(guī)劃、飛行模式控制與決策管理；任務(wù)執(zhí)行軟件實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度、執(zhí)行與監(jiān)控；整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)又可以劃分為四個(gè)層次；底層是數(shù)據(jù)I/O和操作系統(tǒng)；中間層是系統(tǒng)管理軟件與余度管理軟件；在上一層是飛行控制軟件和導(dǎo)航控制軟件；最高層是任務(wù)執(zhí)行軟件；

該數(shù)據(jù)I/O和操作系統(tǒng)采用Tonado開(kāi)發(fā)環(huán)境下的VxWork操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；它負(fù)責(zé)處理各種進(jìn)出數(shù)據(jù)，整理成標(biāo)準(zhǔn)形式，供上層軟件使用，同時(shí)調(diào)配飛控計(jì)算機(jī)硬件資源，保障程序正常運(yùn)行；

該系統(tǒng)管理軟件與余度管理軟件為采用Microsoft公司的DOS6.0作為操作系統(tǒng)，利用Turbo C作為開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的管理軟件；它實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度和協(xié)調(diào)，以及軟件冗余的控制；

該飛行控制軟件和導(dǎo)航控制軟件采用Microsoft公司的DOS6.0作為操作系統(tǒng)，利用Turbo C作為開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)，軟件主體是一個(gè)周期為規(guī)定運(yùn)行時(shí)間的無(wú)限循環(huán)，在每個(gè)時(shí)序周期內(nèi)導(dǎo)航飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航及飛行控制參數(shù)的一次更新；它是具體進(jìn)行飛行控制計(jì)算和任務(wù)導(dǎo)航控制計(jì)算的程序；

該任務(wù)控制軟件采用Microsoft公司的DOS6.0作為操作系統(tǒng)，利用Turbo C作為開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)；它主要是對(duì)無(wú)人直升機(jī)任務(wù)載荷設(shè)備的控制程序。

3、具有故障診斷能力的方法

該無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于余度管理軟件中的故障診斷與隔離模塊。該模塊包含兩種故障診斷的方法。

一種是采用系統(tǒng)元器件的自診斷(BIT)的方法，定時(shí)對(duì)系統(tǒng)元器件進(jìn)行巡檢，實(shí)時(shí)報(bào)告巡檢結(jié)果，如果有故障則馬上進(jìn)行處理；按照故障影響的嚴(yán)重程度，可將這類故障分為兩級(jí)：一級(jí)故障，后果嚴(yán)重，導(dǎo)致飛控該通道完全不能繼續(xù)持續(xù)工作，必須重啟該飛控通道并切換伺服系統(tǒng)控制權(quán)；二級(jí)故障，影響在控制范圍內(nèi)，可以通過(guò)交叉控制鏈路的數(shù)據(jù)加以消除，此時(shí)余度管理模塊(MTM)需全面考慮另外通道的狀態(tài)，才能給出是否切換伺服系統(tǒng)控制權(quán)的仲裁指令；

另一種方法是采用基于無(wú)人直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型的故障診斷方法，該方法主要用于診斷飛控計(jì)算機(jī)外接設(shè)備以及直升機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的故障；無(wú)人直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型采用系統(tǒng)辨識(shí)與機(jī)理建模相結(jié)合的方法建立；該無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)本來(lái)就配備了用于飛行控制的GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，我們將直升機(jī)動(dòng)力學(xué)模型和故障診斷綜合在飛控系統(tǒng)軟件內(nèi)；在直升機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)的過(guò)程中，該軟件篩選滿足建模條件的飛行模式，記錄下系統(tǒng)輸入和輸出數(shù)據(jù)；當(dāng)所需輸入輸出數(shù)據(jù)滿足系統(tǒng)辨識(shí)的要求時(shí)，實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)特定參數(shù)的辨識(shí)，然后與原來(lái)儲(chǔ)存的正常狀態(tài)下的參數(shù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定傳感器與直升機(jī)部件的故障識(shí)別；同時(shí)，由輸入輸出數(shù)據(jù)可通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)獲得一個(gè)估計(jì)的系統(tǒng)模型，估計(jì)模型輸出和實(shí)際觀測(cè)輸出數(shù)據(jù)相比較得出殘差，如果出現(xiàn)故障，軟件將會(huì)通過(guò)分析生成的殘差來(lái)確定和隔離故障。系統(tǒng)辨識(shí)的過(guò)程見(jiàn)圖3。結(jié)合系統(tǒng)辨識(shí)方法實(shí)現(xiàn)故障診斷的過(guò)程見(jiàn)圖4。

(三)優(yōu)點(diǎn)

1、雙余度的舵機(jī)系統(tǒng)和導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，增加了無(wú)人機(jī)硬件余度，使得無(wú)人直升機(jī)運(yùn)行的可靠性有了極大提升；

2、遙控系統(tǒng)的保留使無(wú)人直升機(jī)在應(yīng)急狀態(tài)下可以有應(yīng)對(duì)之策，同樣利用遙控模式也可進(jìn)行一些非常規(guī)的飛行任務(wù)；

3、利用實(shí)時(shí)系統(tǒng)辨識(shí)模型參數(shù)進(jìn)行對(duì)比的故障診斷方法，從軟件層面增加了故障的可識(shí)別性。

四、附圖說(shuō)明

圖1 本發(fā)明所述的飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 本發(fā)明飛控、導(dǎo)航系統(tǒng)軟件組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 本發(fā)明飛行器系統(tǒng)辨識(shí)流程圖。

圖4 本發(fā)明結(jié)合系統(tǒng)辨識(shí)的故障診斷運(yùn)行流程圖。

圖5 PC104導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成及連線圖。

圖例：

RS422 COM2導(dǎo)航計(jì)算機(jī)串行數(shù)據(jù)通信卡的一種通信方式，RS422標(biāo)準(zhǔn)是EIA(電子工業(yè)協(xié)會(huì))公布的“平衡電壓數(shù)字接口電路的電器特性”標(biāo)準(zhǔn)。COM2是指通信卡上的2號(hào)信號(hào)通道

RS232 COM4導(dǎo)航計(jì)算機(jī)串行數(shù)據(jù)通信卡的一種通信方式

Va空速

DMU-AHRS無(wú)人直升機(jī)采用了CrossBow公司的DMU-AHRS航向姿態(tài)基準(zhǔn)系統(tǒng)(Dynamic Measurement Unit—Attitude&Heading Reference System)。它能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境下測(cè)量線加速度、角速度及滾轉(zhuǎn)角、俯仰角和航向角

五、具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種具有故障診斷能力的無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)，它是由導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)組成；它們之間的相互關(guān)系如下：導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和遙控遙測(cè)系統(tǒng)通過(guò)特定的接口元件相連接，以完成通信及數(shù)據(jù)傳輸；傳感器系統(tǒng)的傳感器信息接入導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以供導(dǎo)航/飛控計(jì)算；遙控遙測(cè)系統(tǒng)增加一路遙控，通過(guò)遙控自主轉(zhuǎn)換直接與舵機(jī)系統(tǒng)連接，即手動(dòng)遙控線路；執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航/飛控系統(tǒng)輸出的操控信號(hào)實(shí)現(xiàn)操縱；供電系統(tǒng)向傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及遙控遙測(cè)系統(tǒng)提供電力；

1)所述導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是主備式雙余度系統(tǒng)，即導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)A和導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)B組成一組并列的導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)組，分別為主機(jī)和備份機(jī)，可以在兩個(gè)機(jī)箱內(nèi)通過(guò)數(shù)字接口連結(jié)起來(lái)，也可以在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，通過(guò)通信及數(shù)據(jù)接口交換數(shù)據(jù)；該導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)組的結(jié)構(gòu)有CPU板、輸入接口板、輸出接口板、電源板等組成，在飛控計(jì)算機(jī)A和飛控計(jì)算機(jī)B之間通過(guò)A、B機(jī)給出的狀態(tài)字信號(hào)進(jìn)行主備切換。

導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)A/B采用的是PC104總線形式，集成在一個(gè)機(jī)箱上。圖5為單臺(tái)飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊圖。該無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)適宜于安裝在400kg以上的,使用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)人直升機(jī)上。

2)所述傳感器系統(tǒng)由GPS/INS組合、姿態(tài)陀螺、角速率陀螺以及所有機(jī)上傳感器數(shù)據(jù)包括油箱油量表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器、無(wú)線電高度表、空氣壓力傳感器、大氣數(shù)據(jù)傳感器等組成；各傳感器之間的關(guān)系是并列的；GPS/INS作為主傳感器提供直升機(jī)姿態(tài)導(dǎo)航信息，姿態(tài)陀螺、速率陀螺組件構(gòu)成備份系統(tǒng)；上述所有傳感器數(shù)據(jù)測(cè)量信號(hào)均同時(shí)傳送給A/B兩套導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)處理；大氣數(shù)據(jù)傳感器得到無(wú)人直升機(jī)前飛空速，再傳送給導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；

該GPS/INS組合采用Navsymm^R XR5M12型GPS接收機(jī)，該接收機(jī)是一個(gè)12通道的C/A碼接收機(jī)，可以同時(shí)跟蹤8顆GPS衛(wèi)星，或者采用其相同性能的GPS；

該姿態(tài)陀螺能夠提供無(wú)人直升機(jī)的俯仰角、滾轉(zhuǎn)角結(jié)合磁航向傳感器，可以提供無(wú)人直升機(jī)的航向角。無(wú)人直升機(jī)上一般采用MEMS結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品；

該角速率陀螺能夠提供無(wú)人直升機(jī)俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角變化的速率。一般采用壓電晶體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品；這里姿態(tài)/角速率陀螺集成在一個(gè)盒子里，姿態(tài)陀螺采用的是TC-9型撓性陀螺，角速率陀螺采用的是DMU3X-21壓電式速率陀螺；

該油箱油量表是選用電容式油量表；它是能夠測(cè)量油箱流量的傳感器，也可以選用流量式油量表；

該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器是能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的傳感器，可以采用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器，也可以是光電式傳感器。這里采用SZMB-5電磁式轉(zhuǎn)速傳感器；

該發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器是能夠測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭溫度的傳感器，采用熱電偶型式的溫度傳感器；

該無(wú)線電高度表是能夠測(cè)量無(wú)人直升機(jī)與地面相對(duì)高度的傳感器，通過(guò)收發(fā)天線發(fā)射和接收無(wú)線電波來(lái)測(cè)量。這里采用青云航空儀表有限公司的GT-XX型無(wú)線電高度表；

該空氣壓力傳感器是選用PT40系列空氣壓力傳感器；它是一種壓電式傳感器，可以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)。也可以選用電容式空氣壓力傳感器；

該大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采用的是ZNC-01型大氣數(shù)據(jù)傳感器。

3)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)由縱向舵機(jī)、橫向舵機(jī)、航向舵機(jī)、總距舵機(jī)、油門舵機(jī)以及發(fā)動(dòng)機(jī)組成；它們之間是并列關(guān)系；其中各個(gè)舵機(jī)均采用電氣雙余度電動(dòng)舵機(jī)，選用為某型號(hào)無(wú)人直升機(jī)研制的電動(dòng)舵機(jī)，舵機(jī)控制采用PWM調(diào)速模式，供電電源為直流24V±5V，電流不大于3A，舵軸最大偏轉(zhuǎn)角度不小于±120°，舵機(jī)額定輸出力矩不小于350N·m，死區(qū)小于0.2°；該電氣雙余度電動(dòng)舵機(jī)采用雙余度控制器，一套機(jī)械結(jié)構(gòu)，主要是為了提高電動(dòng)舵機(jī)控制電路的可靠性。

該發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，采用自帶的冷卻系統(tǒng)冷卻。

4)所述遙控遙測(cè)系統(tǒng)由地面站、地面遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)和機(jī)載遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)組成，各部分構(gòu)成通信鏈路連接；遙控遙測(cè)系統(tǒng)通過(guò)主、備份通道將遙控遙測(cè)信號(hào)傳送至導(dǎo)航/飛控系統(tǒng)，此外，增加一路遙控2，用于當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)航飛控計(jì)算機(jī)都出事故時(shí)的應(yīng)急方案，通過(guò)遙控遙測(cè)系統(tǒng)，切換至遙控方式，操縱員手動(dòng)遙控飛機(jī)降落；

該地面站由兩到三臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，具有兩到三個(gè)顯示屏幕；主要處理飛行任務(wù)的規(guī)劃、裝訂、監(jiān)視以及對(duì)無(wú)人直升機(jī)的遙控操作；同時(shí)，無(wú)人直升機(jī)任務(wù)載荷獲取的各種信息，也會(huì)傳到地面站上進(jìn)行處理。

該地面遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)用來(lái)和無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)系。通過(guò)發(fā)射天線，向無(wú)人直升機(jī)發(fā)送任務(wù)和控制信息；通過(guò)接收天線，接收無(wú)人直升機(jī)傳回來(lái)的各種偵察信息；

該地面遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)為轉(zhuǎn)為某型號(hào)無(wú)人飛行器研制的無(wú)人直升機(jī)地面遙控站；它用來(lái)和無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)系，通過(guò)發(fā)射天線，向無(wú)人直升機(jī)發(fā)送任務(wù)和控制信息；通過(guò)接收天線，接收無(wú)人直升機(jī)傳回來(lái)的各種偵察信息；

該機(jī)載遙控遙測(cè)收、發(fā)射機(jī)為機(jī)載的信號(hào)接收天線和信號(hào)處理單元，和前述的地面遙控站配套使用；它是無(wú)人直升機(jī)上用來(lái)和地面站進(jìn)行通信聯(lián)系的裝置，通過(guò)接收天線，接收地面站發(fā)送來(lái)的任務(wù)指令；通過(guò)發(fā)射天線，向地面站發(fā)送無(wú)人直升機(jī)探測(cè)到的各種信息。

5)所述供電系統(tǒng)向傳感器系統(tǒng)、導(dǎo)航/飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及遙控遙測(cè)系統(tǒng)提供電力，供電系統(tǒng)一般為一臺(tái)機(jī)載直流電源，也可裝載一臺(tái)備用電源，其輸出電壓及功率視具體設(shè)備而定。本系統(tǒng)采用一臺(tái)供電電壓為24V的直流電源作為機(jī)載供電設(shè)備。

6)該無(wú)人直升機(jī)飛控系統(tǒng)的軟件底層操作系統(tǒng)采用的是VxWorks系統(tǒng)，數(shù)據(jù)I/O模塊負(fù)責(zé)處理飛控計(jì)算機(jī)與外接設(shè)備的數(shù)據(jù)處理；系統(tǒng)管理軟件負(fù)責(zé)不同模塊程序的調(diào)用與協(xié)調(diào)；余度管理軟件實(shí)現(xiàn)兩套計(jì)算機(jī)的同步、兩套計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的交叉比較以及故障診斷與隔離功能；飛行控制軟件實(shí)現(xiàn)控制律的管理與執(zhí)行；導(dǎo)航控制軟件實(shí)現(xiàn)航路規(guī)劃、飛行模式控制與決策管理；任務(wù)管理軟件實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度、執(zhí)行與監(jiān)控；整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)又可以劃分為四個(gè)層次；底層是數(shù)據(jù)I/O和操作系統(tǒng)；中間層是系統(tǒng)管理軟件與余度管理軟件；在上一層是飛行控制軟件和導(dǎo)航控制軟件；最高層是任務(wù)控制軟件；

該數(shù)據(jù)I/O和操作系統(tǒng)采用Tonado開(kāi)發(fā)環(huán)境下的VxWork操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，VxWorks是一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；它負(fù)責(zé)處理各種進(jìn)出數(shù)據(jù)，整理成標(biāo)準(zhǔn)形式，供上層軟件使用，同時(shí)調(diào)配飛控計(jì)算機(jī)硬件資源，保障程序正常運(yùn)行；

該系統(tǒng)管理軟件與余度管理軟件為采用Microsoft公司的DOS6.0作為操作系統(tǒng)，利用Turbo C作為開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的管理軟件；它實(shí)現(xiàn)任務(wù)的調(diào)度和協(xié)調(diào)，以及軟件冗余的控制；

該飛行控制軟件和導(dǎo)航控制軟件采用Microsoft公司的DOS6.0作為操作系統(tǒng)，利用Turbo C作為開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)，軟件主體是一個(gè)周期為規(guī)定運(yùn)行時(shí)間的無(wú)限循環(huán)，在每個(gè)時(shí)序周期內(nèi)導(dǎo)航飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航及飛行控制參數(shù)的一次更新；它是具體進(jìn)行飛行控制計(jì)算和任務(wù)導(dǎo)航控制計(jì)算的程序；其中故障診斷模塊則是調(diào)用MATLAB中的系統(tǒng)辨識(shí)工具箱(System Identification Toolbox)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)辨識(shí)過(guò)程，將MATLAB源程序轉(zhuǎn)換為VC++程序，然后在VxWorks環(huán)境中編譯實(shí)現(xiàn)；

該任務(wù)控制軟件采用Microsoft公司的DOS6.0作為操作系統(tǒng)，利用Turbo C作為開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)；它主要是對(duì)無(wú)人直升機(jī)任務(wù)載荷設(shè)備的控制程序。