CN107643746A - 一种无人机自动检测系统 - Google Patents

Abstract

为了解决无人机飞行控制系统传统测试设备专用性强、智能化不足的问题，发明了一种无人机自动检测系统，该自动检测系统实现了程序控制测试流程，无纸化电子记录实测数据，故障在线诊断处理等功能，测试精度高于传统测试设备的20多倍，检测时问缩短到到原来的1／20，已通过外场验收试验，并多次投入外场使用。

Description

一种无人机自动检测系统

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种无人机自动检测系统。

背景技术

军用无人机，集大空域突防能力、高机动能力、电子战能力、零伤亡能力于一体，已成为军事演练、实战模拟、未来战争的一朵奇葩。飞行控制系统是无人机航电系统的核心部分。承担了飞行控制、自主导航和任务控制多重职能，系统组成复杂，部件性能各异。飞行控制系统部件性能检测的传统测试方法，以人工操作为主，各部件分别对应专用测试设备，通过实物面板的按钮和开关切换测试项，手工记录测试数据，测试过程对测试者的专业素质要求高，测试准确性依赖测试者的经验。

某型无人机飞行控制系统机载设备由控制与导航计算机(简称飞控计算机)、陀螺平台TPW、速率陀螺TSZ、磁罗盘LP、GPS接收机、大气数据计算机xSC、舵机执行机构DCD2A／2B／2C组成。飞行控制系统性能测试要求主要包括二个面：①供电电源情况检测：包括工作电压、工作电流，启动电流、启动时间的检测；②近400个通道的模拟／数字信号的输入输出特性参数的检测。

发明内容

本发明的目的是了解决无人机飞行控制系统传统测试设备专用性强、智能化不足的问题，设计了一种无人机自动检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

无人机自动检测系统由数字式机载部件性能检测子系统、模拟式机载部件性能检测子系统两大部分组成。自动检测设备是在PXI总线架构上构建的测试控制、数据采集、故障推理的装置，包括8槽PXI机箱组件(PXI一1042)，PXI一8106型零槽控制器、PXI-6722型DA卡、PXI-6220型AD卡、PXI-2567型继电器控制卡、PXI-8431／8型串口通讯卡、PXI-4060型万用表卡共6块PXI型插卡；接口适配器由一台集供电、滤波、驱动、电平转换的综合控制箱构成。被测设备在激励系统系统的激励下，将响应信号汇合到接口适配器，然后供自动检测设备采集处理和分析显示。

所述的系统的ATE上的检测数据通过TCP／IP的方式传输至局域网内，供远程专家进行分析。

所述的数字式机载部件指的是以输出弱功率数字信号为主的飞控机载部件，即飞控计算机、磁罗盘LP、导航GPs、安控GPS、大气数据计算机XSC。

所述的PXI一6722型DA卡和PXI-6220型AD卡组成飞行控制计算机模拟量、离散量通道的激励响应闭环测试通路。

所述的PⅪ-8431／8型串口通讯卡实现飞行控制计算机串口通道的信号模拟，与飞控计算机性能自动测试过程的监控与操作。

所述的导航GPS、安控GPS、磁航向LP、大气数据计算机XSC，其性能检测电气接口也是通过PXI-8431／8型串口通讯卡实现。

所述的系统用PXI-4060型卡式万用表测试，完全省去了变换电路，并保证了宽范围下信号的测试精度。

所述的系统以PXI总线型自动检测设备为控制与处理核心，采用开关阵技术，建立被测部件陀螺平台、速率陀螺、电动舵机的被检信号与开关阵间的映射拓扑模型，被检信号在测试过程巾按程序自动地接入测试系统，送入万用表进行测试。

所述的系统对开关网络的控制信号进行建模，分别设计了三个控制模型：电源开关控制模型、测点测试开关控制模型和万用表端子开关控制模型，每个控制模型用向量表示，向量元素映射为功率开关控制信号，控制信号的取值对应开关通断状态，“0”值代表开关断开，“1”值代表接通。根据UUT和测点要求，依次对电源开关控制向量、测试开关控制向量、万用表开关控制向鼍赋定值，建立测点与三类开关控制向量的映射拓朴库。

所述的系统电磁兼容性设计主要体现在以下几个方面：传输通道抑制、电气隔离、连线冗余、连线分类传输、地环路干扰抑制，多种干扰抑制技术有效地增加了自动检测系统的可靠性。

本发明的有益效果是：

无人机自动检测系统实现了飞行控制系统全部机载部件性能参数的快速自动检测要求，测试精度普遍提高了20几倍，大幅度地改善了测试效率。更新开关网络拓扑映射模型，和应用层的测试程序集，在原有的硬件资源条件下，就能实现新型号飞行控制系统的性能测试任务，吻合了军用自动测试系统“一机多型、一机多用”的维护性要求。多项工程抗干扰技术的应用，提高了检测系统的可靠性，有力地保障了系统的测试精度。该型自动检测系统已被型号多次使用，均圆满地完成了飞行控制系统的快速自动检测任务，大大地提高了无人机的机务准备与维护速度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是字式机载部件性能自动测试原理。

图2是自动检测系统的原理。

图3是模拟式机载部件性能自动测试的原理。

具体实施方式

如图1所示， 无人机自动检测系统由数字式机载部件性能检测子系统、模拟式机载部件性能检测子系统两大部分组成。自动检测设备是在PXI总线架构上构建的测试控制、数据采集、故障推理的装置，包括8槽PXI机箱组件(PXI一1042)，PXI一8106型零槽控制器、PXI-6722型DA卡、PXI-6220型AD卡、PXI-2567型继电器控制卡、PXI-8431／8型串口通讯卡、PXI-4060型万用表卡共6块PXI型插卡；接口适配器由一台集供电、滤波、驱动、电平转换的综合控制箱构成。被测设备在激励系统系统的激励下，将响应信号汇合到接口适配器，然后供自动检测设备采集处理和分析显示。飞行控制系统的故障关联性强，诱发因素多，难以建立适宜的数学模。结合多个型号积累的研制和维护经验，和众多诊断案例，将案例推理的故障诊断专家系统嵌入到高性能PC型PXI-8106零槽控制器中，为现场人员提供专家水平的维护保障。在现场节点服务系统的作用下，ATE上的检测数据通过TCP／IP的方式传输至局域网内，供远程专家进行分析。

如图2所示， 数字式机载部件指的是以输出弱功率数字信号为主的飞控机载部件，即飞控计算机、磁罗盘LP、导航GPS、安控GPS、大气数据计算机XSC。PXI一6722型DA卡和PXI-6220型AD卡组成飞行控制计算机模拟量、离散量通道的激励响应闭环测试通路。PⅪ-8431／8型串口通讯卡实现飞行控制计算机串口通道的信号模拟，与飞控计算机性能自动测试过程的监控与操作。导航GPS、安控GPS、磁航向LP、大气数据计算机XSC，其性能检测电气接口也是通过PXI-8431／8型串口通讯卡实现。在PXI-8431／8型多串口卡的硬件基础上，应用了并行测试技术完成一次检测多个部件的功能，增加了单位时间内被测件的数量，提高了系统的吞吐率。

如图3所示， 陀螺平台、速率陀螺、舵机的检测中，信号种类多，幅值范围跨度大，从交流到直流，从电压、电流、到电阻，辐值从数毫伏到数百伏，数毫安级到数安培级，几欧姆到数千欧姆，若用AD卡测试这些信号，设计者就要按信号种类、功率、范围设计众多不同挡的功率、电流电压、电阻电压等变换电路，硬件结构庞大复杂。本文设计用PXI-4060型卡式万用表测试，完全省去了以上变换电路，并保证了宽范围下信号的测试精度.以PXI总线型自动检测设备为控制与处理核心，采用开关阵技术，建立被测部件陀螺平台、速率陀螺、电动舵机的被检信号与开关阵间的映射拓扑模型，被检信号在测试过程巾按程序自动地接入测试系统，送入万用表进行测试。

接口适配器是该套ATS的信号转接枢纽和集线装置，通过PXI-2567型控制卡，和开关驱动板组成的开关网络，电源信号、激励信号、测试资源按程序要求自动匹配到对应的被测端口。开关网络上百个功率开关控制的信号通路，电路特性各异，是强弱功率、数字模拟、离散连续、交直流多种信号特性的综合。功率开关工作过程巾，一旦切换对象、切换时间出现差错，将出现不可预知的异常现象，导致ATS系统，甚至被测部件(UUT)的损毁。因此我们对开关网络的控制信号进行建模，分别设计了三个控制模型：电源开关控制模型、测点测试开关控制模型和万用表端子开关控制模型，每个控制模型用向量表示，向量元素映射为功率开关控制信号，控制信号的取值对应开关通断状态，“0”值代表开关断开，“1”值代表接通。根据UUT和测点要求，依次对电源开关控制向量、测试开关控制向量、万用表开关控制向鼍赋定值，建立测点与三类开关控制向量的映射拓朴库。开关阵拓扑模型优化设计，有效地解决了强弱功率、数字模拟、离散连续、交直流多种信号综合的可靠性难题。坚实了单台测试系统集中多种设备性能检测的技术基础，实现了检测系统的小型化、紧凑化，以及开放性等特性。

该自动检测系统是一个多信号的综合系统，电磁环境复杂，对自动检测系统的电磁兼容性提出了较高要求。系统电磁兼容性设计主要体现在以下几个方面：1)传输通道抑制：双绞屏蔽电缆传输异步串行通讯信号，消除异步串行通讯信号上的差模十扰；屏蔽电缆传输模拟量信号，屏蔽体单端与外壳地、“大地”连接，信号线和回线一起被屏蔽。2)电气隔离：ATS与UUT的被测信号间，使用光耦隔离设计，采用光方法切断地环路，有效防止继电器负载产生的大电流对UUT和ATS的冲击f扰。3)连线冗余：电源线、重要信号线采用多点多线信号传输方式。4)连线分类传输：ATS的全部连线分成大电流电源线、一般模拟信号线、敏感模拟信号线、数字信号线，不同类型的连线分配到不同的电缆柬。5)地环路干扰抑制：ATS系统中的数字电路，模拟电路分区域布线，各成回路，数字地、模拟地、信号地连接公共电源地时，采用0 Q电阻相接的单点接地方式，不同种类的地环路被隔离，切除了因公共地阻抗，不同类型地问相互调制通道，减少了串扰。多种干扰抑制技术有效地增加了自动检测系统的可靠性。

贯彻“仪器即软件”的思想，将信号发生、信号分析、信号处理、专业仪器面板等实物仪器，用应用软件实现。信号激励软件生成频率波形可变的模拟量信号，模拟无人机的航姿信息，激励飞控计算机的模拟量通道工作；生成数字IO型的离散量，激励飞控计算机离散量通道工作；生成高速序列串u激励信号，仿真飞行控制系统串口类机载传感器的通讯量，激励飞控计算机通讯量通道工作。信号处理软件，则用软件型数字滤波器取代硬件滤波电路。操作软面板取代实物面板的旋钮和开关。显示软面板取代示波器、电流、电压、电阻、状态灯等实物指示仪表。仪器软件化技术的采用，最大限度地降低系统成本，简化系统的体积结构，减少专用性，同时增强系统的功能与配置的灵活性，提高可扩展性。

Claims (10)

1.一种无人机自动检测系统由数字式机载部件性能检测子系统、模拟式机载部件性能检测子系统两大部分组成；自动检测设备是在PXI总线架构上构建的测试控制、数据采集、故障推理的装置，包括8槽PXI机箱组件(PXI一1042)，PXI一8106型零槽控制器、PXI-6722型DA卡、PXI-6220型AD卡、PXI-2567型继电器控制卡、PXI-8431／8型串口通讯卡、PXI-4060型万用表卡共6块PXI型插卡；接口适配器由一台集供电、滤波、驱动、电平转换的综合控制箱构成；被测设备在激励系统系统的激励下，将响应信号汇合到接口适配器，然后供自动检测设备采集处理和分析显示。

2.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的系统的ATE上的检测数据通过TCP／IP的方式传输至局域网内，供远程专家进行分析。

3.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的数字式机载部件指的是以输出弱功率数字信号为主的飞控机载部件，即飞控计算机、磁罗盘LP、导航GPS、安控GPS、大气数据计算机XSC。

4.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的PXI一6722型DA卡和PXI-6220型AD卡组成飞行控制计算机模拟量、离散量通道的激励响应闭环测试通路。

5.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的PⅪ-8431／8型串口通讯卡实现飞行控制计算机串口通道的信号模拟，与飞控计算机性能自动测试过程的监控与操作。

6.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的导航GPS、安控GPS、磁航向LP、大气数据计算机XSC，其性能检测电气接口也是通过PXI-8431／8型串口通讯卡实现。

7.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的系统用PXI-4060型卡式万用表测试，完全省去了变换电路，并保证了宽范围下信号的测试精度。

8.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的系统以PXI总线型自动检测设备为控制与处理核心，采用开关阵技术，建立被测部件陀螺平台、速率陀螺、电动舵机的被检信号与开关阵间的映射拓扑模型，被检信号在测试过程巾按程序自动地接入测试系统，送入万用表进行测试。

9.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的系统对开关网络的控制信号进行建模，分别设计了三个控制模型：电源开关控制模型、测点测试开关控制模型和万用表端子开关控制模型，每个控制模型用向量表示，向量元素映射为功率开关控制信号，控制信号的取值对应开关通断状态，“0”值代表开关断开，“1”值代表接通；根据UUT和测点要求，依次对电源开关控制向量、测试开关控制向量、万用表开关控制向鼍赋定值，建立测点与三类开关控制向量的映射拓朴库。

10.根据权利要求1所述的无人机自动检测系统，其特征是所述的系统电磁兼容性设计主要体现在以下几个方面：传输通道抑制、电气隔离、连线冗余、连线分类传输、地环路干扰抑制，多种干扰抑制技术有效地增加了自动检测系统的可靠性。