无人直升机飞行数据记录仪的研究与设计

摘要

具有自主飞行能力的无人直升机系统具有重要的军事和民用价值。在研制和应用无人直升机系统的过程中，飞行控制数据和状态信息等的采集和记录是必不可少的一个重要环节。飞行过程中的状态信息可以通过直升机和地面站的通信来保存，由于数据传输速率会随着两者之间距离的变大而降低，无法实时传输图像等大容量数据，遇到干扰还可能造成数据丢失，可靠性不易保证。因此需要有更可靠的机载本地化存储手段。
　　 本文研究设计了一套机载飞行数据记录系统，用于实时接收和记录无人直升机飞行控制过程中的飞行信息并将航拍数据等各类信息分类存储。无人直升机飞机返回地面后，就可从中获取相应数据进行应用，或根据所记录的飞行数据进行事故分析。该记录系统同时起到了飞行器“黑匣子”的作用。
　　 该记录仪采用ATMEL公司的AT91SAM9G45微控制器作为硬件平台，操作系统选用Linux，以获取较好的可移植性。通讯模块采用硬件平台上的高速SPI（Serial PeripheralInterface）接口实现。存储模块通过固连在硬件平台USB 接口上的半导体固态U 盘来实现，文件系统选用FAT32，便于在PC 上分析获取到的数据。
　　 AT91SAM9G45上共有两路SPI 接口，一路用于接收来自飞行控制模块的飞机状态和控制信息，一路用于接收来自航拍侦查模块的图像等数据。数据记录仪具有相对海量的非易失固态存储空间，在接收到相应的数据后，根据数据类型把它们分别存入对应位置。为保证数据的正确性，在数据传输和存储的过程中加入了校验信息。如果发现接收到的数据存在校验错误，数据记录仪可通知主机重发该数据包。在保存数据的时候，记录仪在数据包的末尾加上校验信息，避免在提取数据时提取到错误的数据。机载本地化的记录模式可实时记录高带宽的数据信息，只有关键的实时控制和简要的侦查信息通过有限带宽的天地无线链路实时传送到地面站。这样，两种记录方式可相得益彰、优势互补地记录下飞行任务执行中的各方面所需信息。
　　 本文详细阐述了无人直升机飞行数据记录仪的架构和设计原理。重点研究了基于Linux 环境下的记录仪系统的计算机软硬件设计和实现技术，包括硬件平台设计、操作系统移植以及通信协议和存储模块的设计等。研究和部分实验结果表明，本文所设计的记录仪系统，不仅能够满足无人直升机系统研制过程中的数据记录需要，亦可较方便地移植到其它对飞行器性能进行监测和分析的应用场合。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 飞行数据记录仪的技术分析

3 飞行数据记录仪的研究与设计

4 飞行数据记录仪的实现

5 总结和展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表的论文