无人机余度飞行控制计算机关键技术研究硕士学位论文.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
飞行控制计算机的高可靠性是无人机安全飞行的保证,为了提高飞行控制计算机的可靠性,
通常采用余度的方法设计飞行控制计算机。
论文主要从硬件和软件结构两个方面开展了无人机余度飞行控制计算机的关键技术的研
究。研究主要内容包括余度飞行控制计算机的总体结构建立,交叉链路设计,适用于余度结构
的单通道飞行控制计算机硬件选择,样例飞行控制软件移植,余度管理算法和余度管理软件设
计与上层应用软件的信息交互接口等关键技术。
论文首先介绍了余度飞行控制技术现状与发展概况,对多种余度飞行控制计算机逻辑结构
进行分析对比和可靠性研究,确定课题研究的总体结构。以飞行控制研究所设计的样例分布式
飞行控制计算机为基础建立余度飞行控制计算机的物理模型,设计并划分了体系结构。
其次,根据余度飞行控制计算机信息交互需求和可靠性要求进行了交叉链路研究,以 CAN
总线为基础研究余度飞行控制计算机的数据交叉链路,设计出数据交叉链路 CAN 总线高层通
信协议。通过通讯实验,验证交叉链路 CAN 总线高层通信协议满足可靠性和实时性要求。
然后,对实验室现有的样例分布式计算机和样例飞行控制软件进行研究,设计了软件移植
方案、内部 CAN 总线和双口 RAM 的通信协议。通过通讯实验和半物理仿真实验,表明所实现
的分布式飞行控制计算机,内部通讯协议完全满足飞行控制计算机的实时性要求,功能与性能
满足工程应用要求。
再次,针对余度配置的无人机飞行控制计算机体系结构,提出了一种余度管理方案。详细
设计了同步、封装、表决、成员关系和故障记录等算法。
最后,对余度管理软件和上层应用软件间交换的命令和数据进行研究,设计两者之间的接
口。采用状态机分别实现了余度管理软件和上层应用软件,最后,在功能板上进行了余度管理
软件测试,结果表明所提出的方案正确,算法功能与性能满足工程应用要求。

关键词:余度飞行控制计算机,分布式结构,交叉链路,CAN 总线,余度管理软件
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无人机余度飞行控制计算机关键技术研究
ABSTRACT
Flight puter's high reliability guarantees the safety of the UAV. In order to improve
the reliability of the flight puter, redundancy technology has often been used.
The paper conducted a study of key technology in redundant flight puter for UAV
both in hardware and software. The research focused on setting up the overall structure puter,
designing cross data link and redundant management algorithm, choosing appropriate hardware
adapted to Single-channel flight puter, transplanting flight control software, realizing
information interaction between redundant management software and the upper application.
Firstly, this paper briefly introduced the current situation and development of redundancy
technology,The overall structure puter has been determined by analyzing logical structure and
studying on reliability of redundant flight puter. The physical model of redundant
computer has been established on the basis of the pre-studied puter.
Secondly, according to the need of information interaction and requirements of reliability and
research on the cross d