CN112558461B - 一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，包括以下步骤：S1、通过每个输入输出板卡同时接收多块处理器板卡的输出信号，进行多处理器板卡信号表决，形成输入输出板卡的输出信号；S2、对多个输入输出板卡的输出信号进行表决，为每一个外部设备确定一路输出信号。本发明针对具有多处理器板卡和多输入输出板卡的多余度飞机管理计算机输出外部设备的输出信号表决方法，包含在每个处理器板卡中独立执行的多处理器板卡输出信号表决和每个输入输出板卡进行多处理器板卡输出信号表决之后执行的多输入输出板卡输出信号表决。

Description

一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法。
背景技术
为了增强容错能力，无人机飞机管理计算机通常采用冗余设计，即使用多块相同结构或不同结构的处理器板卡和输入输出板卡。多块板卡同时工作，进行热备份。处理器板卡负责飞机控制、任务管理、设备管理等工作。输入输出板卡主要负责采集传感器等外部设备信息，经过处理传递给处理器板卡，并接收处理器板卡的信息，处理之后发送给外部设备。
多块处理器板卡同时计算出的多路冗余的输出信号，而外部设备只能接收一路数据。这就需要对多余度板卡的输出信号进行表决，确定出最终输出到外部设备的输出信号。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法解决了无人机飞行管理时最终输出到外部设备的输出信号无法确定的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，包括以下步骤：
S1、通过每个输入输出板卡同时接收多块处理器板卡的输出信号，进行多处理器板卡信号表决，形成输入输出板卡的输出信号；
S2、对多个输入输出板卡的输出信号进行表决，为每一个外部设备确定一路输出信号。
进一步地：所述步骤S1中处理器板卡的输出信号包括外部设备的输出信号、处理器板卡的各故障状态信号和处理器板卡选择的输入输出板卡ID。
进一步地：所述步骤S1中输入输出板卡的输出信号包括输入输出板卡的工作状态和表决出的处理器板卡输出信号。
进一步地：所述步骤S1的具体步骤为：
S11、每个输入输出板卡同时接收多个处理器板卡的输出信号，记录每个处理器板卡输出信号的接收状态，并将接收状态有效的处理器板卡纳入本板多处理器板卡输出信号的表决范围；
S12、通过每个输入输出板卡对本板多处理器板卡输出信号表决范围内的每个处理器板卡进行故障字计算；
S13、选择数值最小的故障字，如果只有一个故障字，则将该故障字对应的处理器板卡输出信号作为本输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号，如果出现多个相同的最小故障字，则对这几个最小故障字对应的处理器板卡输出信号中关键信号进行判别，根据关键信号的判别结果，选出一个处理器板卡输出信号，作为本输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号。
进一步地：所述步骤S12中故障字的计算方法为：根据处理器板卡输出信号中的本处理器板卡的各故障状态信号计算每个处理器板卡的故障字，将各故障状态信号按一定的故障优先级别分别填入故障字的对应bit位。
所述处理器板卡的故障字的计算方法为：预先定义16种处理器板卡输出信号的故障类型以及其优先级，则每个处理器板卡输出信号中有这16个信号的故障状态，该处理器板卡的故障字就会定义为2个字节，按照优先级，越高的故障类型，其故障状态填入故障字bit位越高，该故障信号为故障时，对应的bit位值为1，该故障信号为正常时，对应的bit位值为0。
进一步地：所述步骤S13中关键信号的判别方法包括阈值判别、差值判别和平行判别；
所述阈值判别具体为：根据预先设定的信号阈值范围检测信号是否有效，若该信号无效，则该信号所在的处理器板卡输出信号被剔除；
所述差值判别具体为：对三个或三个以上有效信号时，根据多个有效信号的相对差值，与其它信号值差值较大的信号无效，则该无效信号所在的处理器板卡输出信号被剔除；
所述平行判别具体为：在无法去除任何有效信号时，按默认设置，选择其中一个信号所在的处理器板卡输出信号。
进一步地：所述步骤S2的具体步骤为：
S21、将工作状态正常的输入输出板卡纳入多输入输出板卡输出信号表决范围；
S22、解析在表决范围内的每个输入输出板卡输出信号中的输出通道选择字组，输出通道选择字组包含处理器确定的针对每个外部设备的输出选择字；
S23、对于每个外部设备，如果多个输出选择字完全相同，则将该输出选择字对应的输入输出板卡的输出信号中相应的外部设备信号发生到该外部设备，否则根据多个输出选择字判决出一个最终输出选择字，将该最终输出选择字对应的输入输出板卡的输出信号中相应的外部设备信号发生到该外部设备。
进一步地：所述步骤S22中解析的具体方法为：在每个输入输出板卡输出信号包含该输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号，处理器板卡输出信号中，对每一路外部设备选择了一个输出选择字，内容为输出到该路设备的输入输出板卡ID，一个处理器板卡输出信号中的全部输出选择字即为该输入输出板卡的输出通道选择字组。
进一步地：所述步骤S23中选择字的判决方法包括多选优选和平行优选；
所述多选优选具体为：将多个输出选择字中数值出现最多的输出选择字为最终输出选择字；
所述平行优选具体为：按照默认设置优选选择输出选择字。
本发明的有益效果为：本发明针对具有多处理器板卡和多输入输出板卡的多余度飞机管理计算机输出外部设备的输出信号表决方法，包含在每个处理器板卡中独立执行的多处理器板卡输出信号表决和每个输入输出板卡进行多处理器板卡输出信号表决之后执行的多输入输出板卡输出信号表决。本发明提出的输出信号表决方法将多路冗余输出信号表决成一路输出信号，分发到无人机各外部设备。
附图说明
图1为本发明的信号流向图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，包括以下步骤：
S1、在每个处理器板卡中独立执行，通过每个输入输出板卡同时接收多块处理器板卡的输出信号，进行多处理器板卡信号表决，形成输入输出板卡的输出信号；
多处理器板卡输出信号表决，其输入为每个处理器板卡的输出信号，包括外部设备的输出信号、本处理器板卡的各故障状态信号、处理器板确定的输出通道选择字组，其输出为本输入输出板卡输出信号，包括本输入输出板卡的工作状态和表决出的处理器板卡输出信号。详细处理过程为：
1. 每个处理器板卡的输出信号包括外部设备的输出信号、本处理器板卡的各故障状态信号、处理器选择的输入输出板卡ID。
2. 每个输入输出板卡同时接收多个处理器板卡的输出信号，并记录每个处理器板卡输出信号的接收状态，并将接收状态有效的处理器板卡纳入本板多处理器板卡输出信号表决范围。
3. 每个输入输出板卡对本板多处理器板卡输出信号表决范围内的每个处理器板卡进行故障字计算。每个处理器板卡的故障字根据处理器板卡输出信号中的本处理器板卡的各故障状态信号计算，将各故障状态信号按一定故障优先级别分别填入故障字的对应bit位（故障优先级别越高，在故障字中的bit位越高）。
所述处理器板卡的故障字的计算方法为：预先定义16种处理器板卡输出信号的故障类型以及其优先级，则每个处理器板卡输出信号中有这16个信号的故障状态，该处理器板卡的故障字就会定义为2个字节，按照优先级，越高的故障类型，其故障状态填入故障字bit位越高，该故障信号为故障时，对应的bit位值为1，该故障信号为正常时，对应的bit位值为0。
4. 选出数值最小的故障字。如果只有一个最小故障字，则将该故障字对应的处理器板卡输出信号作为本输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号。如果出现多个相同的最小故障字，则对这几个故障字对应的处理器板卡输出信号中关键信号进行判别，关键信号包括但不限于各气动舵面输出指令值，判别方法包括但不限于阈值判别、差值判别、平行判别。根据关键信号的判别结果，选出一个处理器板卡输出信号，作为本输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号。（阈值判别：根据预先设定的信号阈值范围检测信号是否有效，若该信号无效，则该信号所在的处理器板卡输出信号则被剔除；差值判别：三个或三个以上有效信号时，根据多个有效信号的相对差值，认为与其它信号值相差较大的信号无效，则该信号所在的处理器板卡输出信号则被剔除；平行判别：无法去除任何有效信号时，按默认设置，选择其中一个信号所在的处理器板卡输出信号）。
S2、每个输入输出板卡进行多处理器板卡输出信号表决之后执行，对多个输入输出板卡的输出信号进行表决，为每一个外部设备确定一路输出信号。
多输入输出板卡输出信号表决，其输入为每个输入输出板卡的输出信号，包括该输入输出板卡的工作状态和该输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号，输出为发送到每一个外部设备的输出信号。详细处理过程为：
1. 将工作状态正常的输入输出板卡纳入多输入输出板卡输出信号表决范围。
2. 解析在表决范围里的每个输入输出板卡输出信号中的输出通道选择字组，输出通道选择字组包含处理器确定的针对每个外部设备的输出选择字，输出选择字即为输入输出板卡的ID号。针对每一个外部设备，表决范围里的每一个输入输出板卡都有处理器板确定的输出选择字，即每个外部设备存在多个输出选择字，数量与表决范围内输入输出板卡数量相同。
3. 对于每个外部设备，如果多个输出选择字如果完全相同，则将该输出选择字对应的输入输出板卡的输出信号中相应的外部设备信号发生到该外部设备。否则，表明不同处理器板卡对于某个外部设备输出通道选择了不同的输入输出板卡，则根据多个输出选择字判决出一个最终输出选择字，则将该输出选择字对应的输入输出板卡的输出信号中相应的外部设备信号发生到该外部设备，同时记录输出选择冲突故障以及故障信息。判决方式包括但不限于多选优选、平行优选。（多选优选：多个输出选择字中数值出现最多的输出选择字为最终输出选择字；平行优选：按照默认设置，优先选择某个输出选择字）。
多个输入输出板卡就有多个输出通道选择字组，针对每一路外部设备，就有多个输出选择字（输入输出板卡ID）。正常情况下，多个输出选择字相同，则使用该输出选择字；如果多个输入输出选择字不完全相同，则先按照多选优选方式，即使用出现次数最多的输出选择字；如果有多个出现次数最多的输入输出选择字，则按照平行优选方式，按照默认的顺序（比如输出选择字越小越优先）选择出输出选择字。选择出的输出选择字即为最终输出到该设备的输入输出板卡ID号。
本发明针对具有多处理器板卡和多输入输出板卡的多余度飞机管理计算机输出外部设备的输出信号表决方法，包含在每个处理器板卡中独立执行的多处理器板卡输出信号表决和每个输入输出板卡进行多处理器板卡输出信号表决之后执行的多输入输出板卡输出信号表决。

Claims (8)

1.一种多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过每个输入输出板卡同时接收多块处理器板卡的输出信号，进行多处理器板卡信号表决，形成输入输出板卡的输出信号；
所述步骤S1的具体步骤为：
S11、每个输入输出板卡同时接收多个处理器板卡的输出信号，记录每个处理器板卡输出信号的接收状态，并将接收状态有效的处理器板卡纳入本板多处理器板卡输出信号的表决范围；
S12、通过每个输入输出板卡对本板多处理器板卡输出信号表决范围内的每个处理器板卡进行故障字计算；
S13、选择数值最小的故障字，如果只有一个故障字，则将该故障字对应的处理器板卡输出信号作为本输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号，如果出现多个相同的最小故障字，则对这几个最小故障字对应的处理器板卡输出信号中关键信号进行判别，根据关键信号的判别结果，选出一个处理器板卡输出信号，作为本输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号；
S2、对多个输入输出板卡的输出信号进行表决，为每一个外部设备确定一路输出信号；
所述步骤S2的具体步骤为：
S21、将工作状态正常的输入输出板卡纳入多输入输出板卡输出信号表决范围；
S22、解析在表决范围内的每个输入输出板卡输出信号中的输出通道选择字组，输出通道选择字组包含处理器确定的针对每个外部设备的输出选择字；
S23、对于每个外部设备，如果多个输出选择字完全相同，则将该输出选择字对应的输入输出板卡的输出信号中相应的外部设备信号发生到该外部设备，否则根据多个输出选择字判决出一个最终输出选择字，将该最终输出选择字对应的输入输出板卡的输出信号中相应的外部设备信号发生到该外部设备。
2.根据权利要求1所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述步骤S1中处理器板卡的输出信号包括外部设备的输出信号、处理器板卡的各故障状态信号和处理器板卡选择的输入输出板卡ID。
3.根据权利要求1所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述步骤S1中输入输出板卡的输出信号包括输入输出板卡的工作状态和表决出的处理器板卡输出信号。
4.根据权利要求1所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述步骤S12中故障字的计算方法为：根据处理器板卡输出信号中的本处理器板卡的各故障状态信号计算每个处理器板卡的故障字，将各故障状态信号按故障优先级别分别填入故障字的对应bit位。
5.根据权利要求4所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述处理器板卡的故障字的计算方法为：预先定义16种处理器板卡输出信号的故障类型以及其优先级，则每个处理器板卡输出信号中有这16个信号的故障状态，该处理器板卡的故障字就会定义为2个字节，按照优先级，越高的故障类型，其故障状态填入故障字bit位越高，该故障状态信号为故障时，对应的bit位值为1，该故障状态信号为正常时，对应的bit位值为0。
6.根据权利要求1所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述步骤S13中关键信号的判别方法包括阈值判别、差值判别和平行判别；
所述阈值判别具体为：根据预先设定的信号阈值范围检测信号是否有效，若该信号无效，则该信号所在的处理器板卡输出信号被剔除；
所述差值判别具体为：对三个或三个以上有效信号时，根据多个有效信号的相对差值，与其它信号值差值较大的信号无效，则该无效信号所在的处理器板卡输出信号被剔除；
所述平行判别具体为：在无法去除任何有效信号时，按默认设置，选择其中一个信号所在的处理器板卡输出信号。
7.根据权利要求1所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述步骤S22中解析的具体方法为：在每个输入输出板卡输出信号包含该输入输出板卡表决出的处理器板卡输出信号，处理器板卡输出信号中，对每一路外部设备选择了一个输出选择字，内容为输出到该路设备的输入输出板卡ID，一个处理器板卡输出信号中的全部输出选择字即为该输入输出板卡的输出通道选择字组。
8.根据权利要求1所述的多余度无人机飞机管理计算机输出信号表决方法，其特征在于，所述步骤S23中选择字的判决方法包括多选优选和平行优选；
所述多选优选具体为：将多个输出选择字中数值出现最多的输出选择字为最终输出选择字；
所述平行优选具体为：按照默认设置优选选择输出选择字；
如果多个输入输出选择字不完全相同，则先按照多选优选方式，即使用出现次数最多的输出选择字；如果有多个出现次数最多的输入输出选择字，则按照平行优选方式，按照默认的顺序选择出输出选择字，选择出的输出选择字即为最终输出到该设备的输入输出板卡ID号。
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多余度机载计算机的余度管理;王军强等;《弹箭与制导学报》;20071231;第197-199页 *
多余度飞行控制系统仿真平台设计;柳志娟等;《系统仿真学报》;20100228;第207-211页 *
飞行控制计算机余度管理策略研究;王琴等;《信息技术》;20121231;第60-64、70页 *

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