CN110109896B - Uav飞行参数智能还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种UAV飞行参数智能还原方法，旨在提供一种高智能性、高准确、快速还原性性，飞行数据利用效率高的还原方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在进行繁大数据量还原过程中，数据处理模块采用分类数据表格式的批处理数据对飞行参数进行解码处理，并将解码后的十进制数据输入至数据分析模块和数据库管理模块，数据还原模块采用分类数据表格式建立飞行参数接口信息表、参数还原运算信息表，将所有参数具体信息都集中在两个参数信息数据表格中，按飞行数据文档名称查找飞行数据，将所需还原的数据进行1次分类，根据分类结果构建5类数据还原算法对飞行参数进行批处理还原，将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出。

Description

UAV飞行参数智能还原方法

技术领域

本发明涉及一种主要运用于无人驾驶飞行器的飞行参数还原系统，采用独特的数据处理方法，达到智能快速准确的还原无人飞行器飞行参数的方法。

背景技术

无人飞行器UAV是一个复杂的综合系统，通常包括飞行器机体、发动机、飞行控制、遥控遥测、状态检测、起飞着陆以及电力电源等子系统。无人飞行器飞行数据的管理、译码、分析及应用一般都在无人飞行器地面控制站GCS中完成。地面控制站作为无人飞行器系统的重要组成部分，承担着无人飞行器飞行任务规划和管理、实时数据通信、导航电子地图、飞行数据的显示和存储以及飞行数据的分析等多种功能。无人飞行器飞行数据表征无人飞行器飞行过程中系统的状态,记录无人飞行器飞行状态参数、性能参数等信息。无人飞行器飞行过程中的状态信息和性能参数,在无人飞行器控制律优化、飞行评估、故障诊断、事敌调查分析、地勤保障等得到广泛应用。随着无人飞行器技术的不断发展，无线电测控链路传送或机载飞行器记录器中记载的飞行数据种类越来越多，数据量也越来越大，必然存在大量冗余数据。若采用初级的传统的文件系统和人工手动方式管理、保存、处理、应用飞行数据，不仅不方便原始飞行数据查找与管理，而且对于结构各异的不同部门而言，不利于技术交流和资源共享。为了能更好的应用飞行数据，需要利用一定的技术手段来管理这些海量数据。无人飞行器原始飞行数据是由机载飞行数据记录器或无线电测控链路将无人飞行器飞行的状态参数、控制参数等信息用二进制帧格式记录下来，不能够直接使用。因此需要对飞行数据进行译码，恢复所记录的参数，利用计算机处理后，变换为具有工程单位的数据。然而不同类型的无人飞行器，装载的飞行数据记录仪不同，无线电测控链路通信协议不同，记录的飞行数据格式亦不同。面对不同机型的译码要求，需分析飞行数据帧格式及译码原理，开发通用化译码软件。飞行数据记录了无人飞行器飞行过程中状态参数、姿态参数等信息，如何从飞行数据中挖掘出隐藏信息，展开如系统辨识、故障诊断、飞行品质评估等是目前无人飞行器飞行数据应用技术需要解决的问题。

目前，大部分机载飞行数据记录器都是采用以二进制帧结构格式记录飞行数据。飞行数据数据帧中，每帧由若干副帧组成。副帧由若干字槽构成，字槽则根据飞行参数协议规定记录保存无人飞行器各个飞行参数。每一副帧由若干数据字组成.每个数据字中有若干个字节。通常每个副帧的第一个字为同步字,它用来确定一个副帧的开始,保证该副帧的信息不与其它副帧的信息混淆；每个副帧的最后一个字一般为校正字,用以内部校验和传送数据。无人飞行器记录器以记录数据格式、所记录参数的数量、类型及来源等确定每个飞行参数的变换，根据系数编制软件,将飞行参数还原成实际飞行数据帧结构。译码算法只需要按照转换规律直接转换成十进制原码值,乘以比例系数,加上偏置值即可得到参数工程物理量的十进制文本文件。现有的无人飞行器飞行数据译码系统软件一般针对固定的机型开发的，而不同机型的无人飞行器采用不同的帧格式,译码时每一个飞行参数都需要建立相应的译码算法。由于不同机型的无人飞行器记录的飞行数据的帧结构与内容不尽相同，飞行数据的数据帧中信息内容也不尽相同。但飞行数据的帧结构记录格式是相似的，译码算法中也有相似之处，译码软件原理上亦是相通的。由于飞行数据帧结构的相似性，因此译码过程中存在大量的重复性工作,降低了译码系统的效率,并且影响到整个软件的扩展性和移植性，存在通用性问题。由于无人飞行器系统本身具有的复杂性、飞行条件的不稳定性、飞行环境的复杂性和测量仪器的误差，飞行数据的获得不可避免的含有确定性误差和随机误差，因此在对飞行数据进行深入的应用之前，须对飞行数据预处理，以消除数据记录过程引入的各种误差，为飞行数据的分析应用提供精确详实的高质量数据源。在公知技术中，飞行参数还原系统是根据飞参记录器中记录数据的帧结构、参数表以及参数数据库，将飞行参数进行数据还原处理，然后以各种形式输出到显示器或打印机等设备，为飞行器试飞试验、出厂验收、机务维护、飞行训练、故障分析和事故分析等情况时提供分析依据。现有飞行参数还原系统设计常采用单帧数据处理方法还原飞行参数，此方法是根据数据的帧结构逐一进行数据处理，需要针对每条数据帧进行编码，代码量大。对于飞行参数记录量大的飞行器，采用此方法进行数据还原时，要达到“高智能性、快速还原性、高准确性”就难以实现。

发明内容

本发明的目的是针对类型繁多、海量分散的无人飞行器飞行数据和现有技术数据还原方法的不足之处，在进行繁大数据量还原过程中，提供一种高智能性、高准确、快速还原性性，飞行数据利用效率高的UAV飞行参数智能还原方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种UAV飞行参数智能还原方法，具有如下技术特征：将飞行参数还原系统系分为数据处理模块、数据分析模块，数据库管理模块，数据还原模块各部分彼此紧密结合在一起，形成一套无人飞行器飞行数据管理、数据分析、数据译码、数据还原再现与应用完整的架构；在进行繁大数据量还原过程中，数据处理模块采用分类数据表格式的批处理数据对飞行参数进行解码处理，并将解码后的十进制数据输入至数据分析模块和数据库管理模块，数据分析模块将数据处理模块解码后的十进制数据进行图形、表格和极值分析，将分析处理后的数据导入数据库管理模块中，数据库管理模块采用分类数据构建飞行数据数据库；数据还原模块以分类数据表格式建立飞行参数接口信息表、参数还原运算信息表，将所有参数具体信息都集中在两个参数信息数据表格中；数据还原模块根据读取数据库管理模块存储的批处理数据，按飞行数据文档名称查找飞行数据，将所需还原的数据进行1次分类，根据分类结果构建状态字、单字节、双字节、三字节、四字节5类数据还原算法对飞行参数进行批处理还原，从两个参数信息数据表中将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

具有高智能性。本发明将数据处理模块、数据分析模块，数据库管理模块，数据还原模块各部分彼此紧密结合在一起，形成一套无人飞行器飞行数据管理、数据分析、数据译码、数据还原再现与应用完整的架构，实现还原飞行参数的高智能性、快速还原性；采用分类数据表格式的批处理数据智能还原无人飞行器飞行数据，通过数据还原模块还原算法访问配置文件，运用基于DOM模型的TinyXml解析器解析XML配置文件，采用一套分类数据表格式的批处理数据智能还原数据表格式批处理，展开通用化译码，实现译码的通用化，高智能性、高准确性实现还原飞行参数的快速还原性，具有高智能性。由于能够对已还原的数据进行图表分析、极值分析、数据库管理，给分析人员分析数据带来很大便利。

具有较高的准确性。本发明在进行繁大数据量还原过程中，用数据处理模块采用分类数据表格式的批处理数据对飞行参数进行解码处理，并将解码后的十进制数据输入至数据分析模块和数据库管理模块，数据分析模块将数据处理模块解码后的十进制数据进行图形、表格和极值分析，通过数据库管理模块表格式的批处理，数据还原模块将所有参数具体信息都集中在两个参数信息数据表格中，方便设计人员核对，提高系统还原的准确性。

具有快速还原性。本发明数据还原模块将所需还原的数据进行1次分类，根据分类结果设计5类数据还原算法；根据数据库管理模块建立的两个参数信息数据表与5类数据还原算法对飞行参数进行批处理还原，最后将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出，具有快速还原数据，图表分析、数据库存储的能力，大大提升了处理数据的速度。

飞行数据利用效率高。本发明采用数据库管理模块将种类繁多、海量、分散的无人飞行器飞行数据信息集成到统一的数据库平台，建立包括无人飞行器信息、飞行信息、气象信息及其它信息的飞行数据数据库，便于飞行数据的管理与查询，实现飞行数据信息的共享，提高了飞行数据的利用效率。通过数据库管理模块对无人飞行器飞行数据进行综合管理，继而对二进制帧格式保存的飞行数据，对无人飞行器单通道传递函数模型进行系统辨识，并验证模型的可靠性，实现飞行数据的初步应用。为保证在应用飞行数据时，能够快速找到结果，系统利用飞行数据进行统一综合管理，建立快速的搜索引擎，便于对不同飞行条件下的飞行数据进行分类管理与分析应用，提高飞行数据的检索速度。

具有高维护性与扩展性。本发明将数据库记录的飞行参数所在的地址信息、字节大小、参数名称等附加信息，采用分类数据表格式的批处理数据，数据处理模块对飞行参数进行解码处理，并将解码后的十进制数据输入至数据分析模块和数据库管理模块，实现飞行数据平面二维曲线绘制、三维可视化飞行仿真，对飞行数据野值修正、降噪滤波后，利用CIFER工具箱，对无人飞行器进行通道传递函数的辨识，将飞行数据译码时所需要的信息封装成封装成对应机型的XML(ExtensibleMarkupLanguage)配置文件，实现对飞行数据中野值识别修正、降噪滤波等处理，为飞行数据的深入应用提供完善、详实、精确、高质量的数据源。数据库管理模块数据库搭建包含各种不同机型无人飞行器的飞行数据，将与飞行数据相关联的无人飞行器信息添加到飞行数据数据库中，飞行数据数据库搭建完毕后进行统一综合管理，通过数据库管理系统实现对数据库中数据的删除、修改、增加、查询等基本功能，以表格式数据信息管理方法，方便了编码修改与扩展，通过数据库管理系统实现数据库的使用和维护，保证了飞行数据数据库稳定运行和更好的应用。

附图说明

下面结合附图和实施对本技术进一步说明。

图1是本发明飞行参数智能还原系统原理示意图。

图2是图1数据分析模块图表格式批处理方法流程图。

图3是图1数据库管理模块工作原理流程图。

图4是图1数据还原模块的数据还原流程图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，将飞行参数还原系统系分为数据处理模块、数据分析模块，数据库管理模块，数据还原模块各部分彼此紧密结合在一起，形成一套无人飞行器飞行数据管理、数据分析、数据译码、数据还原再现与应用完整的架构；在进行繁大数据量还原过程中，数据处理模块采用分类数据表格式的批处理数据对飞行参数进行解码处理，并将解码后的十进制数据输入至数据分析模块和数据库管理模块，数据分析模块将数据处理模块解码后的十进制数据进行图形、表格和极值分析，将分析处理后的数据导入数据库管理模块中，数据库管理模块采用分类数据构建飞行数据数据库；数据还原模块以分类数据表格式建立飞行参数接口信息表、参数还原运算信息表，将所有参数具体信息都集中在两个参数信息数据表格中；数据还原模块根据读取数据库管理模块存储的批处理数据，按飞行数据文档名称查找飞行数据，将所需还原的数据进行1次分类，根据分类结果构建状态字、单字节、双字节、三字节、四字节5类数据还原算法对飞行参数进行批处理还原，从两个参数信息数据表中将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出。

参阅图2。数据分析模块读取数据库管理模块两个参数信息数据表，根据两个参数信息数据表中数据位置，所占用的字节数等信息对所传数据帧进行字节划分，对划分后字节后的数据根据5类数据处理算法进行还原处理，将输入的解算完毕的参数进行极值分析，建立快速的搜索引擎，以表格形式和图形显示显示数据。

参阅图3。数据库管理模块将种类繁多、海量、分散的无人飞行器飞行数据信息集成到统一的数据库平台，建立包括无人飞行器信息、飞行信息、气象信息及其它信息的飞行数据数据库。数据库管理模块读取数据处理模块和数据分析模块的解析数据，将数据处理模块输入的解析解算完毕的参数和数据分析模块以表格形式显示的数据，按时间信息读取次架与时间信息并形成目录，读取数据保存类型，根据读取数据保存类型，将文本格式、Excel格式，按时间信息与架次信息以.txt与.xls格式保存数据并管理飞行数据数据库。飞行数据数据库包括飞行数据信息，而且包含与飞行数据相关的无人飞行器信息、气象信息、电磁环境信息、地理空间信息等，同时确定不同信息库之间的关系。实现飞行数据的显示、删除、添加、更新、查询等功能；增加新的飞行数据时，数据文件保存在该型号无人飞行器目录下，实现按飞行数据文档名称查找飞行数据。数据库管理模块将与无人飞行器飞行相关联的其它信息，如飞行气象条件、电磁环境、地理空间等信息进行统一综合管理，对不同飞行条件下的飞行数据进行分析应用与分类管理。数据库管理模块利用飞行数据，将采集到的飞行数据按照一定的格式记录数据，对原始的大量飞行数据进行压缩，将压缩后存储的飞行数据，保存至特定的存储介质中，数据库搭建完毕后，通过数据库管理系统对飞行数据预处理，参照地理空间信息设计无人飞行器飞行轨迹，实现对数据库中数据的删除、修改、增加、查询等基本功能。由于飞行的气象条件对无人飞行器气动特性影响很大，因此应将飞行气象信息导入数据库中，便于分析不同气象条件下无人飞行器飞行性能。飞行气象信息包括天气、温度、风力、风向等。地理空间信息包括地形地貌、地物特征、高程、典型地标等信息。数据库管理模块通过数据库管理系统对无人飞行器飞行数据进行综合管理，继而对二进制帧格式保存飞行数据，对无人飞行器单通道传递函数模型进行系统辨识，并验证模型的可靠性。数据库管理模块对数据库的所有操作，如定义数据库结构、查询数据、修改数据、删除数据、增加数据等，都是通过数据库管理系统进行的。

参阅图4。数据还原模块根据飞行参数的数据接口，从数据库管理模块读入飞行参数，将需还原的数据进行分类为状态字、单字节、双字节、三字节、四字节数据类型，根据以上数据类型编写状态字数据算法Sub1()、单字节据算法Sub2()、双字节据算法Sub3()、三字节据算法Sub4()、四字节数据据算法Sub5()，5类数据处理算法，建立包含数据名、数据在接口文件中的位置元素的飞行参数接口信息表1和用Access软件建立数据库表格文件序号、数据所占用的字节数、数据是否占用整字节标志、数据是否为状态字标志的飞行参数还原运算信息表2。飞行参数还原运算信息表2包含如下元素：编号、参数名、数据符号类型、运算符号、乘法、还原比例尺K、数据偏移量N和参数单位。数据还原模块读取飞行参数接口信息表1，根据飞行参数接口信息表1中数据位置、所占用的字节数、数据是否为状态字标志等信息对所传数据帧进行字节划分，对划分后字节后的数据，根据状态字标志Sub1、数据占用字节数为1、数据占用字节数为2、数据占用字节数为3、数据占用字节数为4和数据占用字节数为5，利用状态字数据算法Sub1()、单字节据算法Sub2()、双字节据算法Sub3()、三字节据算法Sub4()、四字节数据据算法Sub5()五类数据处理算法进行还原处理，读取飞行参数还原运算信息表2，将读取的16进制数据还原成十进制；根据飞行参数还原运算信息表2中的参数名、运算符号、数据还原比例尺等信息进行运算并赋值，对所还原的十进制数据，按照下列运算公式M＝T*K+N进行批处理运算，并将运算结果赋值给相应的参数，将赋值结束的参数输出至数据分析模块与数据库管理模块，最后将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出，其中，M为解算后的参数值；T为解算后的十进制数，K为还原比例尺，N数据偏移量。

本领域内的技术人员可以明白，在不偏离本发明的精神和必要特性的情况下，可以以除了在此阐述的特定形式之外的其它特定形式来体现本发明。因此，上面的说明要在所有的方面被解释为说明性而非限制性的。应当通过所附的权利要求的合理解释确定本发明的范围，并且在本发明的等同范围内的所有改变旨在落入本发明的范围内。另外，不显式地从属于彼此的权利要求可以被组合以提供实施例，或者能够通过在提交本申请后的修改来增加新的权利要求。

Claims (8)

1.一种UAV飞行参数智能还原方法，具有如下技术特征：将飞行参数还原系统系分为数据处理模块、数据分析模块，数据库管理模块，数据还原模块各部分彼此紧密结合在一起，形成一套无人飞行器飞行数据管理、数据分析、数据译码、数据还原再现与应用完整的架构；在进行繁大数据量还原过程中，数据处理模块采用分类数据表格式的批处理数据对飞行参数进行解码处理，并将解码后的十进制数据输入至数据分析模块和数据库管理模块，数据分析模块将数据处理模块解码后的十进制数据进行图形、表格和极值分析，将分析处理后的数据导入数据库管理模块中，数据库管理模块采用分类数据构建飞行数据数据库；数据还原模块以分类数据表格式建立飞行参数接口信息表和参数还原运算信息表，将所有参数具体信息都集中在两个参数信息数据表格中；数据还原模块根据读取数据库管理模块存储的批处理数据，按飞行数据文档名称查找飞行数据，将所需还原的数据进行1次分类，根据分类结果构建状态字、单字节、双字节、三字节、四字节5类数据还原算法对飞行参数进行批处理还原，从两个参数信息数据表中将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出；

数据还原模块根据飞行参数的数据接口，从数据库管理模块读入飞行参数，将需还原的数据进行分类为状态字、单字节、双字节、三字节、四字节数据类型，根据以上数据类型编写状态字数据算法Sub1()、单字节据算法Sub2()、双字节据算法Sub3()、三字节据算法Sub4()、四字节数据据算法Sub5()，5类数据处理算法，建立包含数据名、数据在接口文件中的位置元素的飞行参数接口信息表1和用Access软件建立数据库表格文件序号、数据所占用的字节数、数据是否占用整字节标志、数据是否为状态字标志的飞行参数还原运算信息表2；

数据还原模块读取飞行参数接口信息表1，根据飞行参数接口信息表1中数据位置、所占用的字节数、数据是否为状态字标志信息对所传数据帧进行字节划分，对划分后字节后的数据，根据状态字标志Sub1、数据占用字节数为1、数据占用字节数为2、数据占用字节数为3、数据占用字节数为4和数据占用字节数为5，利用状态字数据算法Sub1()、单字节据算法Sub2()、双字节据算法Sub3()、三字节据算法Sub4()、四字节数据据算法Sub5()五类数据处理算法进行还原处理，读取飞行参数还原运算信息表2，将读取的16进制数据还原成十进制；根据飞行参数还原运算信息表2中的参数名、运算符号、数据还原比例尺信息进行运算并赋值，对所还原的十进制数据，按照下列运算公式M＝T*K+N进行批处理运算，并将运算结果赋值给相应的参数，将赋值结束的参数输出至数据分析模块与数据库管理模块，最后将还原处理好的数据用表格和分析图的形式输出，其中，M为解算后的参数值；T为解算后的十进制数，K为还原比例尺，N数据偏移量。

2.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：数据分析模块读取数据库管理模块两个参数信息数据表，根据两个参数信息数据表中数据位置，所占用的字节数信息对所传数据帧进行字节划分，对划分后字节后的数据根据5类数据处理算法进行还原处理，将输入的解算完毕的参数进行极值分析，建立快速的搜索引擎，以表格形式显示数据，以图形显示显示数据与，将读取的16进制数据还原成十进制T。

3.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：数据库管理模块读取数据处理模块和数据分析模块的解析数据，将数据处理模块输入的解析解算完毕的参数和数据分析模块以表格形式显示的数据，按时间信息读取次架与时间信息并形成目录，读取数据保存类型，根据读取数据保存类型，将文本格式、Excel格式，按时间信息与架次信息以.txt与.xls格式保存数据并管理飞行数据数据库。

4.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：飞行数据数据库包括飞行数据信息，而且包含与飞行数据相关的无人飞行器信息、气象信息、电磁环境信息、地理空间信息，同时确定不同信息库之间的关系，实现飞行数据的显示、删除、添加、更新、查询功能；增加新的飞行数据时，数据文件保存在该无人飞行器对应型号的目录下，实现按飞行数据文档名称查找飞行数据。

5.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：数据库管理模块将与无人飞行器飞行相关联的其它信息进行统一综合管理，对不同飞行条件下的飞行数据进行分析应用与分类管理，其他信息包括飞行气象条件、电磁环境和地理空间信息。

6.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：数据库管理模块利用飞行数据，将采集到的飞行数据按照一定的格式记录数据，对原始的大量飞行数据进行压缩，将压缩后存储的飞行数据，保存至特定的存储介质中，数据库搭建完毕后，通过数据库管理系统对飞行数据预处理，参照地理空间信息设计无人飞行器飞行轨迹，实现对数据库中数据的删除、修改、增加和查询功能。

7.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：数据库管理模块通过数据库管理系统对无人飞行器飞行数据进行综合管理，继而对二进制帧格式保存飞行数据，对无人飞行器单通道传递函数模型进行系统辨识，并验证模型的可靠性。

8.如权利要求1所述的UAV飞行参数智能还原方法，其特征在于：飞行参数还原运算信息表2包含如下元素：编号、参数名、数据符号类型、运算符号、乘法、还原比例尺K、数据偏移量N和参数单位。

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