無人機(jī)控制系統(tǒng)的軟件可靠性評估

杜加剛 陳博

摘 要：隨著信息化的發(fā)展，無人機(jī)被廣泛的運(yùn)用于偵察，作戰(zhàn)等各個(gè)領(lǐng)域，無人機(jī)系統(tǒng)的可靠性越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是對于無人機(jī)而言，其控制系統(tǒng)是無人機(jī)進(jìn)行正常操作運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，所以無人機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性十分重要，如果發(fā)生故障都可能造成無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)的過程中發(fā)生錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致大量的損失，甚至發(fā)生無法挽回的后果。本文以無人機(jī)控制系統(tǒng)作為對象，通過建立非齊次泊松過程（NHPP）模型和G-O模型對系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估，保證系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，提高系統(tǒng)對作戰(zhàn)航材預(yù)測的穩(wěn)定性以及作戰(zhàn)水平。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；需求預(yù)測；系統(tǒng)；可靠性；軟件

1.無人機(jī)地面站系統(tǒng)的介紹

1.1無人機(jī)整體系統(tǒng)概述

無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展早，但是前期受重視程度不高。直到近20年時(shí)間，隨著無人機(jī)在最近的幾次戰(zhàn)爭中的優(yōu)異表現(xiàn)，無人機(jī)已經(jīng)受到了各個(gè)國家的高度重視，從而也取得了飛速的發(fā)展。

從無人機(jī)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和整體配置上來講，無人機(jī)系統(tǒng)雖然沒有一個(gè)固定的模式，但綜合各個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟硬件組成等幾方面，不難看出一個(gè)相對較為成熟的無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該包括幾個(gè)主要分系統(tǒng)，分別是飛行器系統(tǒng)、地面站飛行控制系統(tǒng)，鏈路通訊系統(tǒng)，有效載荷系統(tǒng)，發(fā)射與回收系統(tǒng)。

無人機(jī)地面站系統(tǒng)是整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的控制部分，可以稱之為無人機(jī)系統(tǒng)的大腦。它負(fù)責(zé)整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作以及任務(wù)規(guī)劃與控制。任務(wù)規(guī)劃是指在飛行過程中，無人機(jī)的飛行航跡收到任務(wù)規(guī)劃的影響；控制是指再飛行過程中對整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，按照使用者的要求執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

1.2無人機(jī)地面站系統(tǒng)的特點(diǎn)

地面站系統(tǒng)可以作為整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)指揮中心，控制飛行器的飛行過程，飛行航跡，有效載荷對任務(wù)的高效完成，通訊鏈路的正常工作，以及飛行器的發(fā)射與回收。無人機(jī)地面站系統(tǒng)應(yīng)該發(fā)揮的功能也必須是整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的重要部分，除了應(yīng)該完成基本的飛行器狀態(tài)控制和有效載荷數(shù)據(jù)的接收、處理，同時(shí)也要求能夠靈活的克服各種未知的自然、人為因素的不利影響，適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，保證整個(gè)系統(tǒng)整體功能的成功實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，根據(jù)無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展來看，未來的地面站系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的功能之外，還應(yīng)該能夠和遠(yuǎn)距離的更高一級的指揮中心聯(lián)網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)，有效的傳輸，合理指令的發(fā)送等新的功能也應(yīng)該給予充分的考慮。

《無人機(jī)地面站控制系統(tǒng)》具體有以下幾點(diǎn)：

（1）控制飛行器的姿態(tài)。飛行器狀態(tài)的獲取是通過機(jī)載的各種傳感器來完成的，這些傳感器獲得了相應(yīng)的飛行狀態(tài)信息后，通過數(shù)據(jù)鏈路將這些數(shù)據(jù)以預(yù)定義的格式傳輸?shù)降孛嬲?。地面站在得到這些數(shù)據(jù)后根據(jù)控制率解算出控制指令，再通過數(shù)據(jù)鏈路將控制指令傳輸?shù)斤w控計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)處理這些信息，發(fā)出控制指令來控制飛機(jī)的姿態(tài)。

（2）有效載荷數(shù)據(jù)的顯示和有效載荷的控制。有效載荷是無人機(jī)任務(wù)的執(zhí)行單元。地面控制站的一個(gè)功能就是要實(shí)現(xiàn)對有效載荷的控制，以及通過對有效載荷數(shù)據(jù)的顯示來實(shí)現(xiàn)對任務(wù)的順利完成。

（3）任務(wù)規(guī)劃、監(jiān)控飛行器的位置及航線的地圖顯示。這一部分功能的主要目的就是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)飛行過程中的導(dǎo)航任務(wù)。在地面站系統(tǒng)的內(nèi)部通常有一部分專門用來實(shí)現(xiàn)該部分的功能，即所謂的導(dǎo)航臺。操作人員不但可以根據(jù)實(shí)際的任務(wù)要求對飛行器的航線進(jìn)行預(yù)規(guī)劃，而且可以在任務(wù)執(zhí)行過程中對航跡進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測。

（4）導(dǎo)航和目標(biāo)定位，無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)期間通過無線電數(shù)據(jù)鏈路和地面控制站之間保持著聯(lián)系，無人機(jī)除了按照預(yù)先給定的航線飛行外，在遇到特殊情況時(shí)，需要地面控制站對其實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航控制，使飛機(jī)按照安全的路線進(jìn)行飛行。

（5）與其他子系統(tǒng)的通信鏈路。用于指揮控制以及分發(fā)無人機(jī)收集的信息。以前的這方面的通訊鏈路主要是通過人工或者單純的物理單元實(shí)現(xiàn)的，隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的通信鏈路主要借助于局域網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享。而且，借助于網(wǎng)絡(luò)，與其他組織的通訊不單純的是在任務(wù)結(jié)束以后，甚至是在任務(wù)執(zhí)行期間，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，通過更為專業(yè)的人員進(jìn)行更深層次的分析，及及時(shí)的作出修改，這樣就會節(jié)省出很多的資源，對有效的完成任務(wù)提供了有力的支持和合理的建議，使得當(dāng)前工作更加有效，提高了工作效率。

2.評估模型的構(gòu)建

2.1模型假設(shè)

（1）被評估的軟件在與實(shí)際運(yùn)行環(huán)境近似的條件下運(yùn)行

（2）在測試軟件可靠性的過程中，所檢測到的故障都是相互獨(dú)立的

（3）在任意時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)的故障的數(shù)量和目前軟件中依然殘留的故障數(shù)量是成正比的，且故障的實(shí)際發(fā)現(xiàn)率恒定不變。

（4）在軟件測試的過程中，發(fā)現(xiàn)的問題會被立即的修正，且被修正過的部分不會再次發(fā)生故障且不會引起后續(xù)新的故障。

2.2 模型形式：

（2）系統(tǒng)故障發(fā)現(xiàn)情況

系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)是在一個(gè)隨機(jī)的時(shí)刻開始對軟件的運(yùn)行情況進(jìn)行測試，對在一段時(shí)間內(nèi)的軟件發(fā)生的故障情況進(jìn)行逐步的調(diào)查與分析，主要目的是確定故障是否與無人機(jī)地面站控制系統(tǒng)有關(guān)，記錄下在測試時(shí)間中系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)間，在發(fā)生一次錯(cuò)誤后及時(shí)停止，對于每一個(gè)故障技術(shù)人員都會花一定的時(shí)間對故障進(jìn)行修復(fù)，再故障修復(fù)后繼續(xù)進(jìn)行軟件運(yùn)行與計(jì)時(shí)，直至再次出現(xiàn)故障為止，本系統(tǒng)累計(jì)記錄了18小時(shí)內(nèi)，軟件發(fā)生的十個(gè)故障的時(shí)間點(diǎn)：對具體故障時(shí)刻記錄如下：

3.結(jié)束語

本文通過建立非齊次泊松過程（NHPP）模型和G-O模型對作戰(zhàn)航材需求預(yù)測系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估并細(xì)致地描述了其可靠性評估的詳細(xì)過程，經(jīng)過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的可靠性不高。所以需要進(jìn)一步的對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與更新，提高軟件的可靠度，確保作戰(zhàn)航材需求預(yù)測的穩(wěn)定性，保證保障供應(yīng)工作的正常開展與實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

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