先进无人直升机的航空电子系统综合设计与建模分析

【类型】学位论文

【作者】徐宏哲 

【关键词】 无人直升机 航空电子 1553B总线 马尔科夫过程 半物理仿真

【摘要】随着电子技术的快速发展，无人直升机的开发和应用在世界范围内获得了前所未有的关注，而机载航电系统直接决定着无人直升机的综合性能，因此，机载航电系统设计技术成为先进无人直升机研发项目的重要支撑技术之一。本文以某中型无人直升机航电系统研发专项为背景，对应用于无人直升机的航电系统综合设计技术和分系统建模分析方法进行了研究，成果如下：1）系统地研究了先进无人直升机航电系统的总体架构技术，软硬件总体设计技术和分系统的划分方法；针对无人直升机项目研发所遇到的特定工程技术问题，如多模式飞控体系设计、离合器自动结合控制功能、飞控计算机冗余设计与同步技术、半物理仿真环境等，作了较深入的原理分析和技术方案探讨；2）详细分析了MIL-STD-1553B总线通讯协议及原理，分析了基于消息的总线通讯时间分配机制，提出将接口控制文件和消息调度序列直接纳入全状态数值仿真的验证方法，并对总线通讯系统的负载率和消息时延性质进行了数值仿真和分析；3）建立了基于最小割集的航电系统故障树模型，利用最小割集的自动求解和不交化处理算法，分析了无人直升机飞控系统失效模型；探讨了双底事件组合重要度原始概念的局限性，并提出了双底关键重要度的改进定义，给出了算例验证；4）针对飞控计算机的三通道单模和双通道双模冗余架构方式，建立了基于失效状态组合的马尔科夫过程模型，深入分析了单支路失效率和故障检测覆盖率对不同冗余架构可靠性的影响，并在此基础上提出了冗余系统的容错性能定量指标概念；5）针对无人直升机研发过程的不同阶段，提出了面向研发过程的分层次半物理仿真试验方案，对航电系统的飞行控制功能、余度容错机制、总线通讯等开展了系统的测试；最终以无人直升机外场试飞验证了航电系统设计方法与理论分析的可行性。本论文具有较强的工程背景，对中国未来先进无人直升机的研发工作具有直接的参考价值。针对我国当前在大中型无人直升机领域缺乏技术积累的现状，结合项目背景，本文系统地研究先进无人直升机航电系统的总体设计技术；并针对大中型无人直升机研发所遇到的关键功能，本文也从工作原理和技术方案两个方面作出了分析。针对航电系统总体设计所关注的问题，如航电系统总体框架、分系统模块划分、关键设备的冗余设计、子系统可靠度和重要度分配、航电系统的验证方法等，利用故障树理论和马尔科夫过程方法进行了深入的建模研究，从而为航电系统的优化设计与分析提供了理论支持；本文所提出的经过改进的组合重要度定义和冗余系统的容错性能指标概念，经算例和试验验证，是合理的，具有一定的理论和应用价值。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄俊

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