CN111874256A - 太阳能无人机的故障应急处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种太阳能无人机的故障应急处理方法，包括：操作S1：根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；操作S2：确定故障的判定方法；操作S3：根据故障类型对无人机的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；以及操作S4：根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理。能够有效提高太阳能无人机的自主故障诊断能力和故障时的应急处理能力，以增强无人机飞行的可靠性和安全性。本公开还提供一种太阳能无人机的故障应急处理装置。

Description

太阳能无人机的故障应急处理方法及装置

技术领域

本公开涉及无人机技术领域，尤其涉及一种太阳能无人机的故障应急处理方法及装置。

背景技术

太阳能无人机是一种以太阳能作为能量来源，以电机和螺旋桨作为推进系统，依靠气动力飞行的无人驾驶飞行器。太阳能无人机的机翼上表面铺设大面积的太阳能电池板，只要能接收到太阳能的辐射，无人机就有了飞行动力的来源。太阳能无人机具有飞行高度高、留空时间长、作业范围广、可重复使用等特点，因这些突出的优势而应用前景十分广阔。可进行临近空间大气研究、天气预报、环境及灾害监测、交通管制监测、互联网服务和电视服务等。

但是无人机在运行时会出现各种故障问题，例如通信链路故障、无人机系统故障等，上述故障均是影响无人机自身安全和任务执行效率的重要因素，但目前无人机的故障处理时手段较单一，多适用于无人机起飞前的地面检测和维护阶段。

因此，如何对无人机故障进行诊断及应急处理是实现无人机安全控制的重要课题。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种太阳能无人机的故障应急处理方法及装置，以缓解现有技术中无人机的故障处理时手段较单一等技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面，提供一种太阳能无人机的故障应急处理方法，包括：

操作S1：根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；

操作S2：确定故障的判定方法；

操作S3：根据故障类型对无人机的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；以及

操作S4：根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理。

在本公开实施例中，所述操作S1包括：

根据所述设备中的单机设备状态确定单机故障单元；以及

根据故障单元划分故障类型。

在本公开实施例中，所述操作S1还包括：

获取无人机的飞控精度偏差；

获取无人机的稳定性状态；以及

根据所述飞控精度偏差和所述稳定性状态划分故障类型。

在本公开实施例中，操作S2中所述判定方法包括故障发生判定方法和故障解除判定方法。

在本公开实施例中，通过采集设备当前输出参数，与该设备基准参数要求进行比较，所述输出参数不符合基准参数要求时，判定故障发生；所述输出参数恢复至复合基准参数要求时，判定故障解除。

在本公开实施例中，操作S3中所述应急等级按故障严重程度由高至低划分为1级至3级；其中1级应急等级对应的应急处理策略包括：直接开伞或给固定舵偏执行飘落。

在本公开实施例中，2级应急等级对应的应急处理策略包括：加大着陆窗口或进回收航线着陆。

在本公开实施例中，3级应急等级对应的应急处理策略包括：

无人机给出故障字；以及地面操作人员根据所述故障字决策是否采取干预措施。

在本公开实施例中，操作S4中所述逻辑总则包括：

当有多种应急等级的故障同时发生时，按最高应急等级的应急处理策略执行；

无人机根据故障类型的变化执行应急等级的升级，但不能执行应急等级的降级；

当判定故障解除时，仅清相应的故障字，不改当前的应急等级及应急处理策略；以及

通过地面站发命令手动进应急等级时，默认进入2级应急等级。

在本公开的另一方面，提供一种太阳能无人机的故障应急处理装置，根据以上任一项所述的太阳能无人机的故障应急处理方法对故障进行处理，包括：

第一划分模块，用于根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；

确定模块，用于确定故障的判定方法；

第二划分模块，用于根据故障类型对无人机的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；以及

处理模块：用于根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开太阳能无人机的故障应急处理方法及装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)应急处理策略更侧重于顶层规划，填补了太阳能无人机平台级故障应对策略的空白；

(2)提高了无人机在飞行任务中的自主决策能力，体现了无人机自主化控制的理念，是增强飞行安全的重要举措；

(3)几乎涵盖了无人机上的所有关重航电设备及飞行状态的状态监测和相关故障诊断，设计更加全面；

(4)无需增加硬件成本，工程上易于实现和移植。

附图说明

图1为本公开实施例太阳能无人机的故障应急处理方法的流程示意图。

图2为本公开实施例太阳能无人机的故障应急处理装置的框图。

具体实施方式

本公开提供了一种太阳能无人机的故障应急处理方法及装置，结合了太阳能无人机低速飞行和大升阻比等特点，应急处理策略更侧重于顶层规划，是一种适用于太阳能无人机验证飞行试验阶段的，平台和系统级的故障诊断和应急处理策略。

发明人在实现本公开的过程中发现，无人机研发中最为关键和极富挑战性的技术问题是无人机自主控制，无人机自主控制是指在不需要人的干预条件下，系统通过在线环境感知和信息处理，自主决策并生成优化的控制策略，完成各种战略和战术任务，且具备快速而有效的任务自适应能力。根据无人机实际应用需求，自主控制中的几个关键性技术问题主要是：感知与规避、故障诊断与容错控制、协同控制。本公开主要针对故障诊断与容错控制技术展开，在任务执行过程中发生通信链路故障、无人机系统故障是影响无人机自身安全和任务执行效率的重要因素。因此，本公开针对高空长航时太阳能无人机的特点，提出一种太阳能无人机自主故障诊断及应急处理策略，以提高太阳能无人机的自主故障诊断能力和故障时的应急处理能力，以增强无人机飞行的可靠性和安全性。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种太阳能无人机的故障应急处理方法，结合图1、表1至表6所示，所述方法，包括：

操作S1：根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；

本公开实施例中，所述设备包括单机设备和其他设备；为了确定单机故障单元，首先统计太阳能无人机上的关键单机设备。无人机上的航电单机设备一般分为传感器类、执行机构类、动力系统、能源系统、测控与信息传输系统、飞控计算机、照明系统、回收系统以及任务载荷等。任何一类单机设备出现故障都将影响到无人机任务的执行，甚至威胁无人机自身的飞行安全。在此根据太阳能无人机当前的设备状态，可提取直接影响无人机飞行安全的关重单机设备作为重点的故障监测单元，具体的包括：传感器类、执行机构类、动力系统、能源系统、测控与信息传输系统、飞控计算机。

在本公开实施例中，单机设备类型对应的单机故障单元，可以具体包括如下：

1)传感器类

指无人机上装载的用于感知并输出无人机位置、速度、姿态等飞行状态的单机设备，主要包括集成主惯导、备份惯导、无线电高度表、大气机。传感器为飞控计算机提供控制律解算所需要的飞行状态，传感器状态的正常与否关系到飞行控制律解算的正确性，进而影响无人机的控制精度和稳定性，是自主故障诊断系统必须关注的单元。

2)执行机构类

指无人机上装载的用于接收飞控计算机的控制指令，并执行相应动作以调整无人机飞行姿态的单机设备，这里主要指舵机系统。执行机构异常将直接影响飞行控制的结果，严重时导致控制误差增大甚至飞行失稳。

3)动力系统

指无人机上装载的用于为无人机提供前进动力的系统，包括电动机和螺旋桨两部分。对于通常设计为高升阻比的太阳能无人机，动力失效未必导致无人机失速坠落，但仍会影响无人机的控制精度、抗干扰能力及任务执行能力，是自主故障诊断系统不得不关注的单元。

4)能源系统

与传统燃油提供动力的无人机能源系统相比，太阳能无人机的能源系统从工作方式和单机组成上均有着很大的不同。

工作方式上，其利用光伏转换方式将太阳辐射转换为电能，承担动力系统及其他用电设备的能源供给，当太阳能电池阵的能源供给大于系统能量需求时，同时给蓄电池组充电，蓄电池组提供在夜间及光照条件不佳时的能源供给。

该系统主要由太阳能电池阵(光伏发电)、蓄电池(储能)和电源管理(主要包括控制器和配电器)系统组成，通过变换和控制器实现各个环节的匹配、功率和能量的控制，提供无人机飞行的能源动力。

能源系统作为太阳能无人机整机系统的特色单元，从技术成熟度和关重程度上考虑，均应成为自主故障诊断系统的重要关注单元。

5)测控与信息传输系统

测控与信息传输系统用于太阳能无人机系统遥控、遥测和载荷图像的传输，满足双向遥控、遥测数据传输以及单向下行载荷图像传输保障需求，是太阳能无人机系统的重要组成部分，由机载设备(机载数据终端)和地面控制站(地面数据终端和指挥控制设备)组成。

遥控失锁时，无人机将无法响应地面站指令，遥测丢失时地面站将无法确认无人机的飞行状态，载荷图像丢失则影响载荷任务的执行。因此当测控与信息传输系统异常时，应及时采取相应的措施。

6)飞控计算机

飞控计算机是飞行控制及管理软件的载体，承担着飞行状态监测、自主故障诊断及智能决策、控制量输出、数据信息采集及下传等核心任务，飞控计算机一旦出现故障，对于无人机的飞行将是灾难性的，故一般长航时太阳能无人机上的飞控计算机均设计为双余度或多余度。

基于上述关键单机设备，确定单机故障单元，具体可如下：

(1)传感器类

包含的单机故障单元有：集成主惯导、备份航姿仪、无线电高度表、大气机。

(2)执行机构类

对应的故障单元为舵机。

(3)动力系统类

对应的故障单元为电机。

(4)能源系统

对应的故障单元为电源控制设备。

(5)测控与信息传输系统

对应的故障单元为测控数据链。

(6)飞控计算机

对应的故障单元为飞控计算机。

根据本公开实施例，如表1所示，所述单机设备例如可以包括传感器类、执行机构类、动力系统类、能源系统、测控与信息传输系统、飞控计算机等。进一步划分所述单机设备中可能发生故障的故障单元，例如所述传感器类中的故障单元包括：集成主惯导、备份航姿仪、无线电高度表、大气机等。所述执行机构类中可能发生故障的故障单元可以包括舵机等。统计除单机设备故障以外的其他异常情况，确定其他故障单元的具体方法如下：除对机上单机设备的工作状态进行监测之外，还应关注太阳能无人机的飞行状态是否正常，如：

(1)飞控精度超限

无人机在沿预定的航线执行任务过程中，其飞行高度、飞行速度与给定值之间的误差应保持在一定的范围内，侧偏距也不宜过大。

在空中飞行阶段，飞行速度误差过大最终将反映到姿态稳定性上，高度偏差和侧偏距一般不危及无人机的安全，但在地面滑跑阶段，侧偏距过大将直接导致无人机冲出跑道，因此本应急策略将地面滑跑阶段的侧偏距超限作为异常情况予以处理。

(2)无人机稳定性

当判断无人机姿态或速度、加速度等明显超出正常飞行包络时，认为无人机姿态失稳。应根据此时无人机的位置、场高等，采取不同的紧急措施。

无人机是否在沿预定的航线飞行，飞行速度与给定速度是否一致，无人机的飞行姿态是否正常等。相应的故障单元可以归纳为飞控精度和无人机稳定性。

表1.设备状态和飞行状态及对应的故障单元划分表

操作S2：确定故障的判定方法；

本公开实施例中通过采集设备当前输出参数，与该设备基准参数要求进行比较，所述输出参数不符合基准参数要求时，判定故障发生；所述输出参数恢复至复合基准参数要求时，判定故障解除。

本公开实施例中，结合表2和表6所示，详细列出了操作S1划分的各故障单元的故障类型的判定方法和解除方法，以及故障判定/解除方法中各门限参数的说明。对应的故障是如何判定的，例如故障类型是组合导航无效，判定的依据是惯导数据帧中的“数据有效标志”位为“纯惯导状态导航数据有效”，说明当前状态是没有进行组合导航的状态，即发生的故障判定为“组合导航无效”。而惯导数据帧中的“数据有效标志”位为“组合导航状态导航数据有效”时，即可判定该故障解除。

表2.各故障单元故障类型判定方法

表6.故障判定/解除方法中各门限参数的说明

根据本公开实施例，对于单机类型故障，当单机能够输出自身工作状态标志时，可据此工作状态标志判定单机是否故障，当无相关工作状态标志输出时，只能通过监测其有效数据输出是否正常来判定故障，如数据帧中断，则认定为通信故障。故障判定的进入及解除应根据飞行阶段、单机通信周期的不同设定合适的帧次或时间门限，遵循“严进严出”原则，避免故障状态频繁切换。

根据本公开实施例，对每种故障单元，基于工作模式、特性的不同，划分出具体的故障类型，并给出每种故障的判定方法、故障解除判定方法(各门限参数的说明见表6)：

1)集成主惯导

根据集成主惯导的工作模式，可将其故障类型划分为组合导航无效和导航数据无效两种。

关于组合导航无效：

集成主惯导的正常工作模式为组合导航模式，当由于遮挡或其他原因影响到接收机收星时，可能导致组合导航无效，转入纯惯导工作模式，长时的纯惯导工作模式将无法保证导航精度。

集成主惯导的组合导航无效故障可以通过惯导数据帧中的“数据有效标志”位来判别，当“数据有效标志”位为“纯惯导状态导航数据有效”时，代表惯导组合导航无效，当为“组合导航状态导航数据有效”时，认为正常。

在加速滑泡段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧；在空中飞行阶段，故障进入与解除的时间门限为连续T1。

关于导航数据无效：

当与惯导通信中断或惯导数据不可用时，定义为导航数据无效故障。此故障可以通过与惯导的通信计数和惯导数据帧中的“数据有效标志”位来判别，当通信中断或“数据有效标志”位为“导航数据无效”时，代表惯导导航数据无效；当惯导通信恢复且“数据有效标志”位为“组合导航状态导航数据有效”时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧。

2)备份航姿仪

备份航姿仪作为集成主惯导的备份，在主惯导无效时提供必要的导航信息，由于备份航姿仪的导航精度偏低，长时间使用将无法保证飞控精度。

备份航姿仪的故障类型为一种，即导航数据无效，判定方法与集成主惯导的导航数据无效故障判定方法相同，当通信中断或“数据有效标志”位为“导航数据无效”时，代表惯导导航数据无效；当通信恢复且“数据有效标志”位为“组合导航状态导航数据有效”时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧。

3)无线电高度表

无线电高度表在无人机飞行中提供实时的相对地面高度信息，其故障类型为一种，即数据无效，当通信中断或“数据有效标志”位为“数据无效”时，代表无线电高度表数据无效；当通信恢复且“数据有效标志”位恢复为“数据有效”时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧。

4)大气机

大气机在无人机飞行中提供实时的空速信息，其故障类型为一种，即数据无效，当通信中断或“数据有效标志”位为“数据无效”时，代表大气机数据无效；当通信恢复且“数据有效标志”位为“数据有效”时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧。

5)舵机

舵机故障主要表现为通信中断或舵机卡死，当一个或多个舵机通信中断或反馈舵机偏转数据不更新时，认为异常；当全部舵机通信正常、且反馈舵机偏转数据正常更新时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧。

6)电机

电机故障类型可归纳为通信中断和电机过载两种。

关于通信中断：

当通信中断时认为通信故障，当通信恢复认为正常。

关于电机过载：

当有电机输出扭矩超过软件保护阈值T_M3或有电机反馈的温度超过T_T时，认为电机过载；当两电机输出扭矩低于软件保护阈值T_M3，且电机反馈温度低于T_Normal时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续m帧。

7)电源控制设备

电源控制设备故障类型主要为通信中断，包括设备配电器通信中断、电源控制器通信中断、蓄电池通信中断或蓄电池状态异常，其中蓄电池状态可通过通信数据帧中的“蓄电池管理器状态”位来判别；当所有部件通信恢复，且“蓄电池管理器状态”位显示正常时，认为正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续m帧。

8)测控数据链

测控数据链的故障类型可分为遥控丢失和遥测丢失两种。

关于遥控丢失：

遥控丢失故障可通过飞控机与数据链之间的通信状态来自动判别，通信中断时认为遥控丢失，通信正常时认为正常。

关于遥测丢失

遥测丢失靠地面站数据更新状态来人工判别。

在加速滑跑阶段，遥控丢失或遥测丢失故障进入与解除的帧次门限为连续n帧；在空中飞行阶段，遥控丢失故障进入与解除的时间门限为连续T2时间，遥测丢失故障进入与解除的时间门限为连续T3时间。

9)飞控计算机

飞控计算机的故障可归纳为一种，当一个或多个功能通道出现故障时，则认为飞控计算机故障。

在双余度或多余度飞控计算机中，当一个功能通道出现故障时，将发出故障告警信息，同时自动开启另一并行的功能通道继续执行运算和处理。当收到飞控计算机故障告警信息时，认为飞控计算机故障，当无告警信息时，则认为飞控计算机正常。

对于所有飞行阶段，故障进入与解除的帧次门限为连续n帧。

10)侧偏距

加速滑跑段无人机偏离跑道中心线，且侧偏距持续T4时间超出允许最大值E_Crosse时，认为侧偏距超限。

11)无人机稳定性

空中飞行阶段，持续T5时间无人机的俯仰角超出范围[E_Pitchmin，E_Pitchmax]，或倾斜角超出[-E_Rolllimt，E_Rolllimt]时，判定为无人机失稳。

操作S3：根据故障类型对无人机平台的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；

本公开实施例中，如表3所示，按照故障严重程度的不同，可将各故障类型划分为1、2、3共3个应急等级：

关于1级应急：

最严重的故障，进应急模式，故障发生时需要终止任务、直接开伞或执行飘落。

根据飞行阶段的不同，1级应急下的应急处理逻辑可分为两种：加速滑跑段终止起飞；空中飞行阶段，如大于开伞高度E_Hpo直接开伞，如小于开伞高度给固定升降舵偏E_De执行飘落。

1级应急的故障情况包括：加速滑跑段的单机异常、加速滑跑段侧偏距超限，加速滑跑段电机过载，主惯导导航数据无效且备份航姿也异常情况，无人机失稳等。

关于2级应急：

严重故障，进应急模式。2级应急下的应急处理逻辑只有一种，即加大着陆窗口，进回收航线着陆。

2级应急的故障情况包括：主惯导组合导航异常、主惯导导航数据无效但备份航姿仪正常、大气机故障、舵机故障、电机故障、能源系统故障、测控数据链故障、飞控计算机故障等。

关于3级应急：

无效故障，不进应急模式，继续当前飞行任务，仅报故障字。

3级应急的故障情况包括：非加速滑跑段的备份航姿异常但主惯导正常，无高表异常，前轮转向舵机故障但其他舵机均正常，电机过载等。

根据故障类型及其发生时无人机所处的飞行阶段进行应急等级的划分和应急处理策略的确定。

将严重影响无人机安全的故障定义为1级应急。应急处理策略则从最大程度保护无人机及机上设备的安全考虑，为直接开伞或给固定舵偏执行飘落。

将影响无人机任务执行效果，或可能影响无人机安全的故障定义为2级应急，此时无人机仍能继续飞行一段时间，应使无人机尽量回本场着陆，因此应急处理策略为加大着陆窗口，进回收航线着陆。

将仅需要给出故障告警，但无人机不需要主动改变当前飞行任务的故障定义为3级应急。此时无人机只需给出故障字，地面操作人员根据故障字获知故障类型，并决策是否采取干预措施，但无人机不主动改变当前飞行任务。

在本公开实施例中，例如对于在加速滑跑阶段即发生的故障，应及时采取措施终止起飞，因此应归入1级应急等级，应急处理策略为终止起飞；对于空中飞行段，诸如主、备惯导均失效和无人机失稳等严重影响无人机安全的故障，也应归入1级应急等级，当无人机高度大于开伞高度时开伞，否则执行飘落。

在非加速滑跑段，对于主惯导组合导航异常、主惯导导航数据无效但备份航姿仪正常、大气机故障、舵机故障、电机故障、能源系统故障、测控数据链故障、飞控计算机故障等一般严重故障，则归为2级应急，故障发生时应加大着陆窗口，使无人机进入回收航线，执行回收操作。

而对于非加速滑跑段的备份航姿异常但主惯导正常、无高表异常、前轮转向舵机故障但其他舵机均正常、电机过载等，则只需要报故障字，仍继续当前飞行任务，无需进入应急模式。

表3.根据故障类型划分的应急等级及应急处理策略。

操作S4：根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理；

在本公开实施例中，如表4和表5所示，实际飞行过程中，可能涉及多故障并发而需要进行应急等级转换的情况。比如无人机上同时发生多种故障，而各故障的应急等级和应急处理措施又不尽相同，应以哪个为准；又如无人机先判断发生了一种故障，一段时间后故障消失了，此时应急等级及应急处理措施是否需要更新；以及当操作人员通过地面站手动发送应急命令时，无人机响应命令应转入几级应急的处理策略等等。为此应制定一个应急处理策略逻辑总则，使得上述情况下的应急等级转换确定有序，不至于在多故障并发时出现逻辑时序的混乱。

针对上述问题，应急判断及逻辑处理应遵循一定的应急处理策略逻辑总则，具体如下：

1)当有多种故障同时发生时，按最高级别应急处理；

2)自主故障诊断及应急处理系统可根据故障类型的变化执行应急等级升级，但不能执行应急等级降级，当判定故障解除时，仅清相应的故障字，不改当前的应急等级及应急处理逻辑；

3)通过地面站发命令手动进应急模式时，默认进入2级应急。

在本公开实施例中，结合表1～6，本公开具体实现方法按下述步骤具体实施：

表4.应急处理逻辑分类及说明表

表5.各故障单元不同故障类型应急处理及应急等级对照表

结合上述表格所示，具体的应急等级及应急处理策略为：

1)集成主惯导

关于组合导航无效：

报组合导航无效故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段的应急处理策略为加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急。

关于导航数据无效：

报组合导航无效故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段，如备份航姿仪正常，则应急处理策略为加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急；如备份航姿仪异常，则大于开伞高度E_Hpo直接开伞，小于开伞高度给固定升降舵偏E_De飘落，为1级应急。

2)备份航姿仪

报备份航姿仪故障字，为3级应急。

3)无线电高度表

报无线电高度表故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；其他阶段不作应急处理，为3级应急。

4)大气机

报大气机故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段切换控制律速度来源为惯导，加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急。

5)舵机

报舵机故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段如仅前轮转向舵机故障，则不作应急处理，为3级应急；其他情况加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急。

6)电机

关于通信故障

报电机通信故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段给两个电机发控制器关断指令，使两电机断电，加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急。

关于电机过载

报电机过载故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；其他阶段如无人机在爬升状态则转平飞，否则不作应急处理。

7)电源控制设备

报电源控制设备故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段的应急处理策略为加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急。

8)测控数据链

关于遥控丢失

报测控丢失故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段如为手动控制模式，则加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急；如为程序控制模式(程控飞行)，则不作应急处理，为3级应急。

关于遥测丢失

加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段通过地面站发送命令切换至手控模式，再关闭遥控，为2级应急。

9)飞控计算机

报飞控计算机故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急；空中飞行阶段则加大应急着陆窗口，进回收航线着陆，为2级应急。

10)侧偏距

报侧偏距超限故障字。加速滑跑段的应急处理策略为终止起飞，为1级应急。

11)无人机稳定性

待命阶段或投放拉起段，仅报无人机失稳故障字，为3级应急。其他阶段，如大于开伞高度E_Hpo则直接开伞，否则低于开伞高度固定升降舵偏E_De飘落，为1级应急。

根据太阳能无人机的单机故障类型确定故障判定方法、故障解除判定方法、故障对应的应急处理策略，划分应急等级，并确定应急判断及逻辑处理总则。

应急处理策略结合了太阳能无人机低速飞行和大升阻比等特点，应急处理策略更侧重于顶层规划，是一种适用于太阳能无人机验证飞行试验阶段的，平台和系统级的故障诊断和应急处理策略，填补了太阳能无人机平台级故障应对策略的空白。

实现形式为计算机软件，可作为独立软件模块被机载软件调用，运行于飞控计算机上，无需增加硬件成本，工程上易于实现和移植。

针对多故障并发、转换时可能出现的逻辑时序混乱问题，制定了应急判断及逻辑处理应遵循的总体原则，具体如下：

1)当有多种故障同时发生时，按最高级别应急处理；

2)自主故障诊断及应急处理系统可根据故障类型的变化执行应急等级升级，但不能执行应急等级降级，当判定故障解除时，仅清相应的故障字，不改当前的应急等级及应急处理逻辑；

3)通过地面站发命令手动进应急模式时，默认进入2级应急。

本公开还提供一种太阳能无人机的故障应急处理装置，如图2所示，所述装置包括：

第一划分模块，用于根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；

确定模块，用于确定故障的判定方法；

第二划分模块，用于根据故障类型对无人机的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；以及

处理模块：用于根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理。

本公开利用无人机上单机设备的状态回报、传感器输出等信息，判定单机状态或无人机的飞行状态是否异常，并结合当前的飞控模式和飞行阶段确定应急等级和相应的应急处理策略。本公开结合了太阳能无人机自身的特点，从单机类型和应急处理策略上较传统燃油驱动无人机的应急处理策略有较大差别，是一种新型的适用于太阳能无人机系统的自主故障诊断及应急处理方法与装置。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开太阳能无人机的故障应急处理方法及装置有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种太阳能无人机的故障应急处理方法及装置，本公开的应急处理策略结合了太阳能无人机低速飞行和大升阻比等特点，应急处理策略更侧重于顶层规划，是一种适用于太阳能无人机验证飞行试验阶段的，平台和系统级的故障诊断和应急处理策略，填补了太阳能无人机平台级故障应对策略的空白。本公开提供了一种太阳能无人机飞行过程中自主判定单机故障或飞行异常，并根据故障类型执行相应的应急处理的方法，而现有的基于专家知识库的无人机故障诊断系统多适用于无人机起飞前的地面检测和维护阶段，与之不同，本公开提高了无人机在飞行任务中的自主决策能力，体现了无人机自主化控制的理念，是增强飞行安全的重要举措。本公开与现有的多专注于传感器或执行机构的故障诊断系统有较大差别，其提供的无人机自主故障诊断策略涉及传感器、执行机构、动力系统、电源控制设备、测控数据链、飞控计算机以及飞控精度、稳定性，几乎涵盖了无人机上的所有关重航电设备及飞行状态的状态监测和相关故障诊断，设计更加全面。本公开方法的实现形式为计算机软件，可作为独立软件模块被机载软件调用，运行于飞控计算机上，无需增加硬件成本，工程上易于实现和移植。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能无人机的故障应急处理方法，包括：

操作S1：根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；

操作S2：确定故障的判定方法；

操作S3：根据故障类型对无人机的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；以及

操作S4：根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理。

2.根据权利要求1所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，所述操作S1包括：

根据所述设备中的单机设备状态确定单机故障单元；以及

根据故障单元划分故障类型。

3.根据权利要求1所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，所述操作S1还包括：

获取无人机的飞控精度偏差；

获取无人机的稳定性状态；以及

根据所述飞控精度偏差和所述稳定性状态划分故障类型。

4.根据权利要求1所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，操作S2中所述判定方法包括故障发生判定方法和故障解除判定方法。

5.根据权利要求4所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，通过采集设备当前输出参数，与该设备基准参数要求进行比较，所述输出参数不符合基准参数要求时，判定故障发生；所述输出参数恢复至复合基准参数要求时，判定故障解除。

6.根据权利要求1所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，操作S3中所述应急等级按故障严重程度由高至低划分为1级至3级；其中1级应急等级对应的应急处理策略包括：直接开伞或给固定舵偏执行飘落。

7.根据权利要求6所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，2级应急等级对应的应急处理策略包括：加大着陆窗口或进回收航线着陆。

8.根据权利要求6所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，3级应急等级对应的应急处理策略包括：

无人机给出故障字；以及

地面操作人员根据故障字决策是否采取干预措施。

9.根据权利要求1所述的太阳能无人机的故障应急处理方法，操作S4中所述逻辑总则包括：

当有多种应急等级的故障同时发生时，按最高应急等级的应急处理策略执行；

无人机根据故障类型的变化执行应急等级的升级，但不能执行应急等级的降级；

当判定故障解除时，仅清相应的故障字，不改当前的应急等级及应急处理策略；以及

通过地面站发命令手动进应急等级时，默认进入2级应急等级。

10.一种太阳能无人机的故障应急处理装置，根据权利要求1至9任一项所述的太阳能无人机的故障应急处理方法对故障进行处理，包括：

第一划分模块，用于根据太阳能无人机的设备状态和飞行状态划分故障类型；

确定模块，用于确定故障的判定方法；

第二划分模块，用于根据故障类型对无人机的影响程度，划分应急等级及对应的应急处理策略；以及

处理模块：用于根据所述应急处理策略制定逻辑总则，对不同飞行阶段的故障进行处理。

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