一．背景介绍

无人机系统按功能划分一般包括飞行器平台、测控与信息传输系统（简称测控系统）、任务载荷系统、地面综合保障系统、导航飞控系统等。无人机测控系统作为无人机系统的重要组成部分，实现对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和信息传输，主要包括数据链和地面控制站，其中数据链系统包括测量设备、信息传输设备、数据中继设备等。

国外早期的无人机测控系统主要是以各军兵种的使用需求为牵引而独立研发的，在系统体制、工作频段、传输性能、消息格式、控制协议、人机接口、信息处理、信息分发等方面缺乏统一的规范。国内无人机测控与信息传输系统的发展已走过了近20多年的历程，成功突破了同时多目标测控、宽带信号跟踪、图象数字化压缩、飞机中继与Ku/Ka双频段卫星中继、综合显控、机载设备小型化等一系列关键技术，并成功研制了基本适应现代战场环境需要的多种型号的测控数据链和地面指挥控制站。通过地一空视距数据链、飞机中继数据链或机一星一地卫星中继数据链，可实现对不同种类、不同用途的各型无人机的任务规划、指挥控制、遥控、遥测、跟踪定位与载荷数据传输等综合功能。

无人机飞行控制系统一般由垂直陀螺、三轴速率陀螺、航向、动静压传感器、机载计算机、舵机等部件组成。在无人机总装联试时要对这些设备进行功能和性能指标的充分检测以及参数校准,以确保设备和系统工作正常。目前常用简易转台给垂直和速率陀螺施加激励信号、用标准动静压表和手动微调真空泵给动静压传感器施加激励信号来检测各种传感器及机载计算机的工作情况,并进行部分参数校准;用量角器测量飞机的舵面偏角,根据控制律及相应判据形成检测报告。这些检测基本由人工来操作,其检测准确度差、效率低，因此研制无人机飞控设备自动检测系统是非常必要的。

1.系统硬件配置及软件设计

无人机上的传感器多为模拟量输出,而舵面偏角则是机械角度输出,因此其检测内容是不一样的,为满足飞控设备的自动检测需求,系统基于虚拟仪器进行设计,采用以PXI总线为基础的方案,系统的数据采集、信号转换、标准信号激励和状态控制等采用了PXI总线模块化仪器，系统组成框图1所示：

图1 无人机飞控设测试系统组成

1.1系统硬件配置

(1)测控计算机:选用PXI内嵌式计算机,主要完成对PXI仪器模块及检测流程的控制,测试程序的调度管理,测试数据记录、存储、打印输出等。

(2)机箱:选PXI系统13槽机箱该机箱具有过热、过流、对地短路、电源保护等功能,且电磁兼容性和通风良好。

(3)转台组件:综合考虑到系统体积、成本以及不同型号陀螺传感器的检测准确度要求,选准确度为0.05°/s并带GPIB接口的速率转台和准确度为0.1°的姿态转台。

(4)动静压模拟:动静压由真空泵产生,并选用大气参数测试仪进行动静压参数的校准,可由测控计算机程控操作。

(5)电源组件:采用程控多路直流稳压电源,电压为直流30V和±25V可调,该电源具有在线监控、数据回读、自检测功能。

(6)舵面转角测量:选择光栅编码器作为传感器,将机械角度量转换为数字量,通过I/O口模板输入到PXI系统。

(7)计量检测:系统设计有计量检测接口,按计量检测数据内容,完成对信号源、测量仪表模块的计量检测。

(8)PXI仪器模块:考虑到测试准确度的需要分别选串口、短阵开关、定时/计数模块、D/A模块、数字多用表模块、96路高速并行I/O测试模块等。

(9)适配器:在研制中,考虑了信号调理、自检防插错、热插拔设计等,保证了检测系统的通用性操作方便性以及被测部件的正确安全联接。

2.检测方法

1.2 陀螺和航向传感器检测

检测原理如图2所示

图2  陀螺和航向传感器检测原理图

将传感器置于转台组件上,测控计算机通过对转台组件施加激励信号,速率和垂直陀螺输出的模拟信号以及航向传感器输出的数字量通过适配器后进入到检测系统进行采集,系统根据转台的激励信号和测量到的传感器输出信号对传感器进行参数检测和校准。

2.2 动静压传感器检测

检测时由真空泵产生动压和静压,通过后输出标准的动静压信号,无人机上的动静压传感器和机载计算机将测量到的动静压信号解算成飞行高度和空速,并通过检测串行模块送到测控计算机,测控计算机将几组标准激励信号和传感器测量到的信号同时打印输出,并通过串行模块检测结果给机载计算机,以便进行参数自动校准。动静压检测原理如图3所示。

图3  动静压力传感器检测原理图

2.3 机载计算机及舵偏功能综合检测

系统通过转台组件和大气参数测试仪给飞机上各种传感器施加标准激励信号，机载计算机和各种传感器就会测量到这些信号，机载计算机计算控制量后经D/A输出控制信号给舵机，舵机带动飞机舵面偏转，同时机载计算机通过检测串口送数字控制量给测控计算机，系统测量到飞机舵偏量,就可根据标准激励信号来检验机载计算机和舵机的控制性能。检测原理如图4所示。

图4  机载计算机及航机检测原理图

4.结论

无人机飞控设备检测系统是一个开放式、集成化、模块化的系统,既能进行设备的检测及故障诊断,又能进行传感器参数的校准,其通用性好、扩展能力强、检测精度和自动化程度高。随着科学技术快速发展,新技术、新产品的不断涌现,无人机飞控设备的应用技术也将有新的突破和发展,基于PXI总线技术组建的无人机飞控设备检测系统,不仅解决了目前无人机飞控设备自动检测问题,而且通过增加相应适配器接口,可应用到新型飞控设备检测中,具有广阔应用前景。