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基于飞行数据的无人机平飞动作质量评价模型

滕怀亮 李本威 高永 杨栋 张赟

滕怀亮, 李本威, 高永, 等 . 基于飞行数据的无人机平飞动作质量评价模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(10): 2108-2114. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0029
引用本文: 滕怀亮, 李本威, 高永, 等 . 基于飞行数据的无人机平飞动作质量评价模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(10): 2108-2114. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0029
TENG Huailiang, LI Benwei, GAO Yong, et al. Quality evaluation model of unmanned aerial vehicle's horizontal flight maneuver based on flight data[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(10): 2108-2114. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0029(in Chinese)
Citation: TENG Huailiang, LI Benwei, GAO Yong, et al. Quality evaluation model of unmanned aerial vehicle's horizontal flight maneuver based on flight data[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(10): 2108-2114. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0029(in Chinese)

基于飞行数据的无人机平飞动作质量评价模型

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0029
基金项目: 

国家自然科学基金 51505492

山东省泰山学者建设工程专项 

详细信息
    作者简介:

    滕怀亮  男, 硕士研究生。主要研究方向:航空发动机状态监控与健康评估技术

    李本威  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空宇航推进理论与工程

    高永  男, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:飞行器设计

    通讯作者:

    高永, E-mail:gaoyongbh@sina.com

  • 中图分类号: V279

Quality evaluation model of unmanned aerial vehicle's horizontal flight maneuver based on flight data

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51505492

Taishan Scholar Construction Foundation of Shandong Province 

More Information
  • 摘要:

    针对无人机(UAV)操纵质量高低多依赖专家主观评判、不同飞行动作缺乏针对性评判标准的问题,建立了根据飞行数据客观评价无人机平飞动作质量的模型。首先通过建立平飞判别规则识别无人机飞行数据中的平飞动作数据段,然后根据布林通道理论计算各平飞数据段内多个飞行参数的得分值,最后通过"熵权法"确定各参数的权重,进而得到反映不同无人机操控手平飞动作质量的指标数据。将一次四边平飞训练任务中4组不同无人机操控手操纵和1组无人机自主控制的飞行数据输入该模型,计算结果表明,模型可以较好地识别平飞动作并区分不同操控手平飞动作质量的高低,可以为无人机操控手的训练提供参考。

     

  • 图 1  评价模型实现流程图

    Figure 1.  Flowchart for realizing evaluation model

    图 2  典型平飞数据段

    Figure 2.  Typical horizontal flight data segment

    图 3  布林线构成的数据带

    Figure 3.  Data band constituted by Bollinger lines

    图 4  无人机航迹图

    Figure 4.  UAV path map

    图 5  高度随时间的变化

    Figure 5.  Variation of height with time

    图 6  高度变化率插值结果

    Figure 6.  Interpolation results of height change rate

    图 7  操控手1得分

    Figure 7.  Scores of Manipulator 1

    图 8  自主控制模式下的平飞数据段

    Figure 8.  Horizontal flight data segments in autonomous control mode

    表  1  无人机操控手飞行参数评分

    Table  1.   Scoring for flight parameters of UAV manipulators

    平飞段 参数1 参数2 参数n
    1 X11 X12 X1n
    2 X21 X22 X2n
    m Xm1 Xm2 Xmn
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    表  2  平飞数据段

    Table  2.   Horizontal flight data segments

    序号 起始时间/s 结束时间/s
    1 4 666 4 688
    2 4 698 4 721
    3 4 757 4 783
    4 4 849 4 872
    5 5 428 5 457
    6 5 787 5 808
    7 6 172 6 206
    8 6 366 6 393
    9 6 674 6 699
    10 6 787 6 808
    11 6 871 6 892
    12 7 045 7 074
    13 7 237 7 269
    14 8 089 8 114
    15 8 186 8 210
    16 8 266 8 300
    17 8 428 8 458
    18 8 662 8 698
    19 8 852 8 888
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    表  3  评分表

    Table  3.   Score sheet

    序号 高度得分 速度得分 俯仰得分 偏航得分 滚转得分
    1 1.400 4 0.627 5 0.202 2 0.220 6 0.901 7
    2 4.208 2 0.672 7 0.339 7 0.275 3 1.118 8
    3 1.737 1 0.819 9 0.332 7 0.226 7 0.859
    4 1.185 9 0.684 1 0.066 5 0.147 9 0.515 1
    5 1.307 8 0.557 7 0.281 8 0.213 3 0.747 4
    6 1.006 2 0.450 3 0.120 5 0.183 0.698 8
    7 1.735 8 0.784 9 0.132 9 0.197 4 0.746 8
    8 4.139 5 0.564 0.152 1 0.165 5 0.674 2
    9 1.528 7 0.422 2 0.086 1 0.152 7 0.527
    10 1.49 2 0.462 8 0.174 0.232 8 0.773 3
    11 1.009 7 0.445 4 0.059 3 0.163 6 0.540 6
    12 0.999 9 0.371 8 0.130 1 0.197 4 0.704 5
    13 1.951 1 0.465 5 0.148 8 0.201 5 0.680 9
    14 2.379 8 0.641 2 0.065 9 0.152 3 0.483
    15 1.930 5 1.171 6 0.301 9 0.367 6 1.366 6
    16 1.957 7 0.594 1 0.157 8 0.191 6 0.808 9
    17 3.418 5 0.724 9 0.123 6 0.209 6 1.010 2
    18 0.876 7 0.595 5 0.213 0.252 8 0.955 1
    19 0.653 1 0.556 6 0.118 5 0.165 8 0.646 3
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    表  4  最终得分排名

    Table  4.   Final score ranking

    操控主体 得分 平飞段数 排名
    操控手1 0.208 07 19 第4名
    操控手2 0.170 01 28 第3名
    操控手3 0.145 02 39 第2名
    操控手4 0.351 29 5 第5名
    自主操纵 0.100 78 49 第1名
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  • [1] DAS S, MATTHEWS B L, LAWRENCE R. Fleet level anomaly detection of aviation safety data[C]//IEEE Conference on Prognostics and Health Management.Piscataway, NJ: IEEE Press, 2011: 1-10.
    [2] ZHOU K, WANG L X, TAN X S.Flying qualities reduction of fly-by-wire commercial aircraft with reconfiguration flight control laws[J].Procedia Engineering, 2011, 17:179-196. doi: 10.1016/j.proeng.2011.10.021
    [3] WANG L, WU C X, SUN R S.An analysis of flight quick access recorder(QAR) data and its applications in preventing landing incidents[J].Reliability Engineering and System Safety, 2014, 127:86-96. doi: 10.1016/j.ress.2014.03.013
    [4] 张玉叶, 王颖颖, 王春歆, 等.分析参数相关和时序特征的飞行动作识别方法[J].计算机工程与应用, 2016, 52(5):246-249. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1403-0283

    ZHANG Y Y, WANG Y Y, WANG C X, et al.Acrobatic maneuver reorganization method compared with parameters relevance and feature of sequence change[J].Computer Engineering and Applications, 2016, 52(5):246-249(in Chinese). doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1403-0283
    [5] 沈一超, 倪世宏, 张鹏.基于贝叶斯网络的飞行动作识别方法[J].计算机工程与应用, 2017, 53(24):161-167. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1707-0156

    SHEN Y C, NI S H, ZHANG P.Flight action recognition method based on Bayesian network[J].Computer Engineering and Applications, 2017, 53(24):161-167(in Chinese). doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1707-0156
    [6] HOLMBERG J, LEONARD J, KING D, et al.Flying qualities specifications and design standards for unmanned air vehicles[C]//AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit.Reston, VA: AIAA, 2008: 1-14.
    [7] COTTING C M.An initial study to categorize unmanned aerial vehicles for flying qualities evaluation[C]//AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition.Reston, VA: AIAA, 2009: 1-12.
    [8] 刘莉雯, 张天伟, 茹斌.多参数融合的飞行品质评估模型的建立[J].计算机工程与科学, 2016, 38(6):1262-1268. doi: 10.3969/j.issn.1007-130X.2016.06.030

    LIU L W, ZHANG T W, RU B.A flying qualities assessment model based on multi-parameter integration[J].Computer Engineering and Science, 2016, 38(6):1262-1268(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-130X.2016.06.030
    [9] 张龙, 徐开俊.采用模糊逻辑理论的飞行操纵品质评估模型[J].中国民航飞行学院学报, 2016, 27(5):9-13. doi: 10.3969/j.issn.1009-4288.2016.05.002

    ZHANG L, XU K J.Flight operation quality assessment model using fuzzy logic theory[J].Journal of Civil Aviation Flight University of China, 2016, 27(5):9-13(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-4288.2016.05.002
    [10] 柳忠起, 袁修干, 樊瑜波.基于BP神经网络的飞行绩效评价模型[J].北京航空航天大学学报, 2010, 36(4):403-406. https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract8467.shtml

    LIU Z Q, YUAN X G, FAN Y B.Pilot performance evaluation model based on BP neural networks[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2010, 36(4):403-406(in Chinese). https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract8467.shtml
    [11] 夏长俊, 孙校书, 李冰.基于飞行数据的无人机平飞质量分析方法[J].海军航空工程学院学报, 2017, 32(5):478-482. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjhkgcxyxb201705012

    XIA C J, SUN X S, LI B.Analysis method of UAV level flight quality based on flight data[J].Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University, 2017, 32(5):478-482(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjhkgcxyxb201705012
    [12] 彭阳, 彭晓明.一种无人机飞行动作质量分析方法[J].飞行力学, 2017, 35(6):65-69. doi: 10.3969/j.issn.1002-0853.2017.06.015

    PENG Y, PENG X M.A flight maneuver quality evaluation method for UAVs[J].Flight Dynamics, 2017, 35(6):65-69(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1002-0853.2017.06.015
    [13] ZHOU S H, QIAN S L, QIAO X D, et al.The UAV landing quality evaluation research based on combined weight and VIKOR algorithm[J].Wireless Personal Communications, 2018, 102(2):2047-2062. doi: 10.1007/s11277-018-5254-z
    [14] 杨俊, 谢寿生.基于模糊支持向量机的飞机飞行动作识别[J].航空学报, 2005, 26(6):738-742. doi: 10.3321/j.issn:1000-6893.2005.06.016

    YANG J, XIE S S.Fuzzy support vector machines based recognition for aero-plane flight action[J].Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2005, 26(6):738-742(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-6893.2005.06.016
    [15] SHARP C S, SHAKERNIA O, SASTRY S S.A vision system for landing an unmanned aerial vehicle[C]//Proceedings of the 2001 IEEE International Conference on Robotics & Automation.Piscataway, NJ: IEEE Press, 2001: 1720-1727.
    [16] 李樾, 陈清阳, 侯中喜.自适应引导长度的无人机航迹跟踪方法[J].北京航空航天大学学报, 2017, 43(7):1481-1490. https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract14109.shtml

    LI Y, CHEN Q Y, HOU Z X.Path following method with adaptive guidance length for unmanned aerial vehicles[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(7):1481-1490(in Chinese). https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract14109.shtml
    [17] LIU W, ZHENG W A.Stochastic volatility model and technical analysis of stock price[J].Acta Mathematica Sinica, English Series, 2011, 27(7):1283-1296. doi: 10.1007/s10114-011-9468-1
    [18] 王玉伟, 高永.基于稳健回归算法的无人机数据预处理技术研究[J].舰船电子工程, 2018, 38(11):38-41. doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2018.11.011

    WANG Y W, GAO Y.Research on UAV data preprocessing technology based on robust regression algorithm[J].Ship Electronic Engineering, 2018, 38(11):38-41(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1672-9730.2018.11.011
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-22
  • 录用日期:  2019-04-15
  • 网络出版日期:  2019-10-20

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