一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统，包括多个机载系统网络和地面站系统，每架无人机均具有机载系统网络，所述机载系统网络包括状态监测子系统、协同无人机链路传输子系统和空地传输子系统。还涉及一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护方法。该系统能实时在线对协同无人机中各无人机的健康状态进行监测，并能根据无人机的健康状态作出合理的维护保障措施。同时ATG技术的使用，使得维护保障系统信息的传递并不影响无人机与地面之间的通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统及方法
本专利技术属于航空器故障诊断与健康管理领域，具体涉及了一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统及方法。
技术介绍
无人机是信息化战争装备体系的重要组成部分，已广泛应用于军事装备领域。经历多年的研制历程，其不仅在材料和结构上取得了长足发展，而且在质量和可靠性上也同样有了相当大的进步，但无人机在使用过程中还是存在亟需解决的问题。相比上世纪飞行器的发展，无人机在机体结构、机身材料、航电系统以及动力燃油系统等方面，其设计和性能均有质的提高；但无论无人机使用性能如何安全可靠，仍需要对其全机健康状态实施监控，并进行有计划的定期维修和养护，以便保证设计水平上的可靠性、使用上的安全性及战备时的完好性。但是，有些部件和系统由于使用环境的残酷和任务要求处在高强度的运行状态当中，使其性能衰退到超出容限范围，甚至发生突然失效，另一种情况是，与这些部件或系统接触的用户、营运人，甚至是维修人员对装备使用不当，引起一定程度的损伤或破坏。因此，以无人机使用安全性和可靠性为中心，对其实施维护保障的策略是十分紧迫和必要的。面对越来越庞大的机队和多样化的机型，凭借个人经验作维修决策的工作方法已不能适应无人机维护维修的需要。而传统的定时维修的做法容易造成维修不足或过度维修的问题。通过对全系统视情维修技术的研究，对无人机维修决策优化问题进行深入分析，从而降低维修费用和优化维修任务，为无人机维修决策提供定量评估方法，帮助维修和使用人员作出客观、科学的维修决策。通过对维修决策问题的研究，实现无人机使用和维护人员对维修成本、维修行为进行量化管理，做到事前预测，事中监控和事后分析，可使使用和维护人员根据无人机状态及时得到维修信息，发现影响无人机战备完好性的重要因素，及时开展维修活动。
技术实现思路
本专利技术的目的是：本专利技术的目的在于构建一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统及方法，能够实现对无人机系统信息的采集和特征信息的提取，通过信息网络链路利用ATG技术将协同无人机的信息传输给地面站系统，实现对无人机的维护保障。考虑到现有技术的上述问题，根据本专利技术公开的一个方面，本专利技术采用以下技术方案：一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统，包括多个机载系统网络和地面站系统，每架无人机均具有机载系统网络，所述机载系统网络包括状态监测子系统、协同无人机链路传输子系统和空地传输子系统；其中，状态监测子系统实时在线监测无人机系统的状态；协同无人机链路传输子系统负责协同无人机网络之间的信息流传递；空地传输子系统将协同无人机网络的信息流数据传输给地面站系统；地面站系统负责人机信息交互，将机载信息反馈给操作人员，同时根据机载信息流作出对应维护决策。其特征在于，所述空地传输子系统采用独立的ATG机载模块，运用空地传输ATG技术，将单机数据或者作为整个协同无人机网络的信息流数据传输给地面站系统，保证数据传输满足需要，又不占用无人机飞行操作链路的网络资源，同时也不会对协同无人机链路传输子系统所进行的协同无人机网络之间的信息流传递产生干扰。其特征在于，地面站系统通过ATG地面站设备接收无人机发来的信息流数据。一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护方法，包括以下步骤：1)状态监测子系统实时在线监测无人机系统的状态：协同无人机网络搭建完成后，每架无人机自身的状态监测子系统实现对无人机状态数据的信息采集，然后根据无人机状态数据的来源、组成和形式提取出反映无人机安全性与可靠性的特征信息，再根据提取出的特征信息评估无人机的安全性和可靠性状态；2)协同无人机链路传输子系统完成协同无人机网络之间的信息流传递：协同无人机网络中所有无人机的协同无人机链路传输子系统组成拓扑网络结构，形成信息流分享机制，信息在网络各节点之间进行传递，最终同一时间段内所有无人机的信息流均会通过各个节点传输进一架中转无人机中，单节点上的无人机链路传输子系统在信息下行时，经过机载系统信息的加密处理和压缩后，再将信息发送至与其邻近的无人机；而在信息上行时，接收邻近无人机发来的信息，再进行数据的解压和解密，以实现数据的可读性；3)空地传输子系统将协同无人机网络的信息流数据传输给地面站系统：空地传输子系统(ATG)主要实现空地系统之间的信息交流，将机载系统信息流传输给地面系统，同时也可将地面系统的操作指令流传输给机载系统，实现空地联通；4)地面站系统根据机载系统信息流作出对应维护决策：地面站系统根据ATG地面站设备接收的信息流数据，实现对协同无人机网络中所有无人机的寿命预测和故障诊断，并给予对应的维护保障策略，同时也能将外界操作指令传达给机载系统网络，以实现特定的功能。其特征在于，所述步骤2)中，中转无人机的确定方法为：协同无人机网络根据网络节点中各个无人机当前的飞行状态信息、功能执行模式、链路传输能力以及链路传输节点的计算能力确定信息流中转无人机，即当前无人机飞行姿态平稳，未进行较大的姿态变换和机动，同时未进行与地面之间较大流量的数据传输和链路网路利用率低。有益效果：该系统能实时在线对协同无人机中各无人机的健康状态进行监测，并能根据无人机的健康状态作出合理的维护保障措施。同时ATG技术的使用，使得维护保障系统信息的传递并不影响无人机与地面之间的通信。附图说明图1所示为一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统的机载系统网络结构示意图。图2所示为一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统地面站系统结构示意图。图3所示为一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统地面系统链路架构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。结合图1所示一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统机载系统架构示意图、图2所示一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统地面系统结构示意图和图3所示一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统地面系统链路架构示意图，详细阐述该系统的具体实施方式。图1所示为一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统机载系统网络结构示意图。包含状态监测子系统、协同无人机链路传输子系统和空地传输子系统。无人机状态数据通过数据总线和机载采集设备端口传输给状态监测子系统，该系统的信息采集功能将对传输进入的无人机状态数据进行采集，在完成该功能之前需对无人机各子系统和部件的可监测性、系统结构、部件结构以及故障度进行分析，遴选出需要进行监测的系统和部件结构以及需要监测的信号类型，并设计传感网络，选用对应的传感器完成无人机系统和部件的状态信息监测。在信息采集功能完成之后，采集的数据将被传输给信息处理模块当中进行信息处理，进行该项功能之前需对监测对象的故障类型、故障机理、结构故障传播机制进行分析，确定故障特征信息的种类(包括时域、频域和时频域特征信息)和数量，将这些信息的处理算法储存在信息处理模块当中，该功能模块将根据采集对象的类型确定其信号类型和特征信息，完成各系统和部件的特征信息提取。随后特征信息将被状态评估模块采纳用于评估其对应系统和部件的健康状态。该功能模块利用自组织竞争神经网络模型来处理特征信息，该网络模型的优点是收敛速度快，数据量要求小，训练模型精度高，因此该神经网络能够很好的利用系统和部件的特征信息实现对其健康状态的评估，评估结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统，包括多个机载系统网络和地面站系统，每架无人机均具有机载系统网络，所述机载系统网络包括状态监测子系统、协同无人机链路传输子系统和空地传输子系统；其中，状态监测子系统实时在线监测无人机系统的状态；协同无人机链路传输子系统负责协同无人机网络之间的信息流传递；空地传输子系统将协同无人机网络的信息流数据传输给地面站系统；地面站系统负责人机信息交互，将机载信息反馈给操作人员，同时根据机载信息流作出对应维护决策。

【技术特征摘要】
1.一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统，包括多个机载系统网络和地面站系统，每架无人机均具有机载系统网络，所述机载系统网络包括状态监测子系统、协同无人机链路传输子系统和空地传输子系统；其中，状态监测子系统实时在线监测无人机系统的状态；协同无人机链路传输子系统负责协同无人机网络之间的信息流传递；空地传输子系统将协同无人机网络的信息流数据传输给地面站系统；地面站系统负责人机信息交互，将机载信息反馈给操作人员，同时根据机载信息流作出对应维护决策。2.如权利要求1所述的一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统，其特征在于，所述空地传输子系统采用独立的ATG机载模块，运用空地传输ATG技术，将单机数据或者作为整个协同无人机网络的信息流数据传输给地面站系统，保证数据传输满足需要，又不占用无人机飞行操作链路的网络资源，同时也不会对协同无人机链路传输子系统所进行的协同无人机网络之间的信息流传递产生干扰。3.如权利要求1所述的一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统，其特征在于，地面站系统通过ATG地面站设备接收无人机发来的信息流数据。4.采用如权利要求1所述的一种基于协同无人机安全性与可靠性的维护系统进行的维护方法，包括以下步骤：1)状态监测子系统实时在线监测无人机系统的状态：协同无人机网络搭建完成后，每架无人机自身的状态监测子系统实现对无人机状态数据的信息采集，然后根据无人机状态数据的来源、组成和形式提取出反映无人机安全性与可靠性的特征信息，再根据提取出的特征信息评估无人机的安全性和可靠性状态；2)协同无人机链路传输子系统完成协同无人机网络之间的信息流传递：协同无人机网络中所有无人机的协...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏裕彬，梁大开，郑国，曾捷，沈勇，王景霖，曹亮，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司上海航空测控技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31