无人机控制系统的软件可靠性评估

杜加刚 陈博

摘 要：随着信息化的发展，无人机被广泛的运用于侦察，作战等各个领域，无人机系统的可靠性越来越成为人们关注的焦点。特别是对于无人机而言，其控制系统是无人机进行正常操作运转的基础环节，所以无人机控制系统的可靠性十分重要，如果发生故障都可能造成无人机在执行任务的过程中发生错误，从而导致大量的损失，甚至发生无法挽回的后果。本文以无人机控制系统作为对象，通过建立非齐次泊松过程（NHPP）模型和G-O模型对系统的可靠性进行评估，保证系统的运行质量，提高系统对作战航材预测的稳定性以及作战水平。

关键词：无人机；需求预测；系统；可靠性；软件

1.无人机地面站系统的介绍

1.1无人机整体系统概述

无人机系统发展早，但是前期受重视程度不高。直到近20年时间，随着无人机在最近的几次战争中的优异表现，无人机已经受到了各个国家的高度重视，从而也取得了飞速的发展。

从无人机系统的组成结构和整体配置上来讲，无人机系统虽然没有一个固定的模式，但综合各个无人机系统的原理，系统结构，软硬件组成等几方面，不难看出一个相对较为成熟的无人机系统应该包括几个主要分系统，分别是飞行器系统、地面站飞行控制系统，链路通讯系统，有效载荷系统，发射与回收系统。

无人机地面站系统是整个无人机系统的控制部分，可以称之为无人机系统的大脑。它负责整个无人机系统的协调工作以及任务规划与控制。任务规划是指在飞行过程中，无人机的飞行航迹收到任务规划的影响；控制是指再飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照使用者的要求执行相应的动作。

1.2无人机地面站系统的特点

地面站系统可以作为整个无人机系统的作战指挥中心，控制飞行器的飞行过程，飞行航迹，有效载荷对任务的高效完成，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射与回收。无人机地面站系统应该发挥的功能也必须是整个无人机系统的重要部分，除了应该完成基本的飞行器状态控制和有效载荷数据的接收、处理，同时也要求能够灵活的克服各种未知的自然、人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证整个系统整体功能的成功实现。同时，根据无人机系统的发展来看，未来的地面站系统除了实现传统的功能之外，还应该能够和远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，实现数据的及时，有效的传输，合理指令的发送等新的功能也应该给予充分的考虑。

《无人机地面站控制系统》具体有以下几点：

（1）控制飞行器的姿态。飞行器状态的获取是通过机载的各种传感器来完成的，这些传感器获得了相应的飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。地面站在得到这些数据后根据控制率解算出控制指令，再通过数据链路将控制指令传输到飞控计算机上，计算机处理这些信息，发出控制指令来控制飞机的姿态。

（2）有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站的一个功能就是要实现对有效载荷的控制，以及通过对有效载荷数据的显示来实现对任务的顺利完成。

（3）任务规划、监控飞行器的位置及航线的地图显示。这一部分功能的主要目的就是实现无人机飞行过程中的导航任务。在地面站系统的内部通常有一部分专门用来实现该部分的功能，即所谓的导航台。操作人员不但可以根据实际的任务要求对飞行器的航线进行预规划，而且可以在任务执行过程中对航迹进行实时的检测。

（4）导航和目标定位，无人机在执行任务期间通过无线电数据链路和地面控制站之间保持着联系，无人机除了按照预先给定的航线飞行外，在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实现导航控制，使飞机按照安全的路线进行飞行。

（5）与其他子系统的通信链路。用于指挥控制以及分发无人机收集的信息。以前的这方面的通讯链路主要是通过人工或者单纯的物理单元实现的，随着计算机和网络的发展，现在的通信链路主要借助于局域网来进行数据的共享。而且，借助于网络，与其他组织的通讯不单纯的是在任务结束以后，甚至是在任务执行期间，通过网络将数据进行共享，通过更为专业的人员进行更深层次的分析，及及时的作出修改，这样就会节省出很多的资源，对有效的完成任务提供了有力的支持和合理的建议，使得当前工作更加有效，提高了工作效率。

2.评估模型的构建

2.1模型假设

（1）被评估的软件在与实际运行环境近似的条件下运行

（2）在测试软件可靠性的过程中，所检测到的故障都是相互独立的

（3）在任意时间内发现的故障的数量和目前软件中依然残留的故障数量是成正比的，且故障的实际发现率恒定不变。

（4）在软件测试的过程中，发现的问题会被立即的修正，且被修正过的部分不会再次发生故障且不会引起后续新的故障。

2.2 模型形式：

（2）系统故障发现情况

系统故障数据是在一个随机的时刻开始对软件的运行情况进行测试，对在一段时间内的软件发生的故障情况进行逐步的调查与分析，主要目的是确定故障是否与无人机地面站控制系统有关，记录下在测试时间中系统发生故障的时间，在发生一次错误后及时停止，对于每一个故障技术人员都会花一定的时间对故障进行修复，再故障修复后继续进行软件运行与计时，直至再次出现故障为止，本系统累计记录了18小时内，软件发生的十个故障的时间点：对具体故障时刻记录如下：

3.结束语

本文通過建立非齐次泊松过程（NHPP）模型和G-O模型对作战航材需求预测系统的可靠性进行评估并细致地描述了其可靠性评估的详细过程，经过计算可以发现，系统的可靠性不高。所以需要进一步的对系统进行维护与更新，提高软件的可靠度，确保作战航材需求预测的稳定性，保证保障供应工作的正常开展与实施。

参考文献：

[1]基于NHPP软件可靠性模型的预测研究及实现.周波.电子科技大学，2013.

[2]空管自动化系统软件可靠性评估和预测方法的研究.王兴隆.中国民用航空学院，2006.

[3]构件软件的NHPP类软件可靠性增长模型的研究.候春燕.哈尔滨工业大学，2011.