一種無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法
【專利摘要】一種無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法，屬于無人直升機(jī)測控領(lǐng)域。該智能方法采用分布式架構(gòu)，將每個(gè)功能模塊獨(dú)立分開，形成獨(dú)立個(gè)體，利用數(shù)據(jù)包傳遞將每個(gè)功能模塊聯(lián)系在一起。然后利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，采用獨(dú)特適合無人直升機(jī)自身數(shù)據(jù)特點(diǎn)的網(wǎng)狀分析法，實(shí)時(shí)分析接收到的飛行數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果傳遞給顯示部分，顯示部分同時(shí)融合語音技術(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)用發(fā)音引擎，將分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)語音播報(bào)。達(dá)到智能監(jiān)控的目的，提高了監(jiān)控效率。
【專利說明】一種無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人直升機(jī)測控領(lǐng)域，一種采用分布式結(jié)構(gòu)，融合語音技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用網(wǎng)狀分析算法，對無人直升機(jī)進(jìn)行智能監(jiān)控的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前對無人直升機(jī)的監(jiān)控大都采用人工判別的方式，也就是根據(jù)參數(shù)的具體數(shù)值實(shí)時(shí)人工判定信號(hào)是否正常，飛行狀態(tài)是否平穩(wěn)，任務(wù)載荷是否可行等。然而無人直升機(jī)的狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)、過程參數(shù)等都比固定翼無人機(jī)復(fù)雜很多，因此要求使用者必須是經(jīng)驗(yàn)豐富的專家或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)骨干。即使是專家和技術(shù)骨干在監(jiān)測過程中，也難免會(huì)出現(xiàn)失誤或異常信號(hào)未被及時(shí)察覺的情況。除此之外飛行控制所使用各種關(guān)鍵傳感器信號(hào)如GPS信號(hào)，無高信號(hào)、陀螺信號(hào)等是否出現(xiàn)過瞬時(shí)跳變或在信號(hào)采集或傳輸過程中是否出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，這些都是很難利用人眼來判斷的?；诖朔N情況，我們應(yīng)時(shí)開發(fā)一套智能監(jiān)控的方法，利用此種監(jiān)控方法不僅可很容易的進(jìn)行功能擴(kuò)展，還大大降低使用者的壓力，一名普通設(shè)計(jì)員就可以完成對無人直升機(jī)監(jiān)控工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的:提出一種無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法，提高監(jiān)控的準(zhǔn)確性和效率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]一種無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法，其特征在于，
[0006]1.采用分布式結(jié)構(gòu)
[0007]—套監(jiān)控方法包括若干功能模塊，每個(gè)功能模塊間密切關(guān)聯(lián)。為了降低功能模塊間的相互影響，我們采用分布式結(jié)構(gòu)。每個(gè)功能模塊單獨(dú)分離出來作為一個(gè)獨(dú)立的部分，每個(gè)獨(dú)立的模塊通過發(fā)送和接收固定格式的數(shù)據(jù)，完成功能模塊間的交聯(lián)。根據(jù)無人直升機(jī)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，把整個(gè)監(jiān)控功能分為三個(gè)模塊，分別為數(shù)據(jù)中心模塊，數(shù)據(jù)分析模塊和綜合顯示模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程。其中數(shù)據(jù)中心模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的集散。數(shù)據(jù)分析模塊實(shí)時(shí)分析接收飛行數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送給綜合顯示模塊。綜合顯示模塊接收數(shù)據(jù)中心模塊和數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合處理與顯示。模塊可以運(yùn)行在一臺(tái)PC機(jī)內(nèi)，也可以運(yùn)行在不同的PC機(jī)內(nèi)。模塊間通過數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行交聯(lián)，形成統(tǒng)一的整體。采用分布式結(jié)構(gòu)雖然降低的模塊間的相互影響，但隨之對通信能力有了更高的要求。
[0008]2.應(yīng)用網(wǎng)狀分析方法
[0009]無人直升機(jī)通常比固定翼無人機(jī)在結(jié)構(gòu)上更為復(fù)雜，在控制率更為繁瑣。因此需要監(jiān)控的信息量比固定翼的多很多。單獨(dú)靠人工判別很難滿足客戶化的需求，在此我們提出一種網(wǎng)狀分析方法。每一個(gè)時(shí)刻無人直升機(jī)都對應(yīng)著一個(gè)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下都對應(yīng)著一組參數(shù)，這組參數(shù)可以粗略分為兩大類-控制輸入?yún)?shù)和狀態(tài)顯示參數(shù)。在一定的控制輸入的組合下，會(huì)有唯一的狀態(tài)參數(shù)與之對應(yīng)，我們調(diào)用數(shù)據(jù)分析模塊，逐一對信號(hào)進(jìn)行篩選甄別，分析他們之間的對應(yīng)關(guān)系，判別這組參數(shù)是否正常，這樣就完成了信號(hào)的“縱向分析”。
[0010]在監(jiān)控過程中，除了想知道信號(hào)間對應(yīng)關(guān)系是否正常外，還需要了解某些信號(hào)的品質(zhì)。為此，我們還需要對信號(hào)進(jìn)行“橫向分析”，即在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)針對關(guān)心的參數(shù)進(jìn)行品質(zhì)分析，得出信號(hào)一些數(shù)學(xué)品質(zhì)(如均值，方差等)、控制品質(zhì)(如調(diào)解時(shí)間，超調(diào)量，穩(wěn)定時(shí)間等)等。
[0011]這種對信號(hào)的橫向和縱向分析就是所特有網(wǎng)狀分析方法，利用這種網(wǎng)狀分析方法，我們就很容易的完成對無人直升機(jī)的監(jiān)控。
[0012]3.融合語音技術(shù)
[0013]在大量信息量、長時(shí)間進(jìn)行監(jiān)控過程中，如果僅僅靠視覺的話，很容易產(chǎn)生視覺疲勞，為了近一步提高人機(jī)交互性能，在綜合顯示模塊部分引入智能語音提示技術(shù)，時(shí)時(shí)播報(bào)無人直升機(jī)的狀態(tài)信息，參數(shù)的品質(zhì)信息，告警信息等。這樣即使監(jiān)控人員在視覺疲勞時(shí)，有語音提示的協(xié)助，使監(jiān)控變得更加輕松自如。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用分布式結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，同時(shí)也方便系統(tǒng)的功能擴(kuò)展，利用網(wǎng)狀分析法實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控信號(hào)的自動(dòng)分析甄別，同時(shí)借助發(fā)音引擎，及時(shí)提醒監(jiān)控人員，大大提高了監(jiān)控效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2:分布式數(shù)據(jù)通信流程圖；
[0017]圖3:網(wǎng)狀分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖4:網(wǎng)狀分析流程圖；
[0019]圖5:語音播報(bào)流程圖；

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]1.采用分布式結(jié)構(gòu)
[0022]發(fā)明所采用分布式結(jié)構(gòu)，降低模塊間耦合，某個(gè)模塊的出現(xiàn)異常時(shí)，不會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的奔潰。無人直升機(jī)的智能監(jiān)控的三個(gè)部分(數(shù)據(jù)中心模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、綜合顯示模塊)通過固定格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，完成交聯(lián)。其中數(shù)據(jù)中心模塊，從上位機(jī)(通信鏈路數(shù)據(jù)終端)獲取飛行參數(shù)，然后分發(fā)給數(shù)據(jù)分析模塊和綜合顯示模塊。數(shù)據(jù)分析模塊實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)中心模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并將結(jié)果發(fā)送給綜合顯示模塊。綜合顯示模塊同時(shí)接收數(shù)據(jù)中心模塊和數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合顯示。同時(shí)該模塊融合語音技術(shù)，將無人機(jī)的狀態(tài)信息，控制信息和信號(hào)的品質(zhì)信息播報(bào)給用戶。
[0023]模塊間的數(shù)據(jù)通信成為整個(gè)分布式結(jié)構(gòu)的核心之一，大多數(shù)使用管道通信機(jī)制、內(nèi)存映射機(jī)制這兩種機(jī)制，而本方法采用SOCKET連接方式，SOCKET連接最常用的兩種方式為TCP和UDP。管道通信機(jī)制和內(nèi)存映射機(jī)制雖然可以完成獨(dú)立模塊(進(jìn)程)間通信，但此方法受PC機(jī)限制，即獨(dú)立模塊必須運(yùn)行在同一個(gè)PC機(jī)內(nèi)，而SOCKET通信則不受限制，不同模塊可以運(yùn)行在同一 PC內(nèi)，也可運(yùn)行在不同的PC內(nèi)，使用更加靈活，更方便擴(kuò)展。分布式結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交聯(lián)圖如圖1所示，圖2則展示SOCKET數(shù)據(jù)通信通信機(jī)制。
[0024]2.應(yīng)用網(wǎng)狀分析方法
[0025]網(wǎng)狀分析法就是將接收到的監(jiān)控信息數(shù)據(jù)包，進(jìn)行縱向和橫向分析，縱向分析側(cè)重分析不同信號(hào)之間的狀態(tài)是否對應(yīng)，橫向分析側(cè)重每個(gè)信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)其品質(zhì)特性。橫向分析和縱向分析同時(shí)進(jìn)行，從而形成一個(gè)網(wǎng)狀的分析結(jié)構(gòu)。
[0026]在縱向分析中，每一時(shí)刻都對應(yīng)無人直升機(jī)的一個(gè)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下逐一對信號(hào)進(jìn)行縱向的分析甄別，判別每個(gè)信號(hào)在該種狀態(tài)是否正常。根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳遞特點(diǎn)，無人直升機(jī)的緝拿空數(shù)據(jù)每隔80ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)更新，每次更新之后對信號(hào)進(jìn)行一次縱向分析。同時(shí)為了加強(qiáng)分析效率，充分利用計(jì)算機(jī)多核處理器的硬件資源，采用并行技術(shù)，將所要監(jiān)控所有遙測信號(hào)分為4大類，開辟2路線程分別分析這4類參數(shù)。
[0027]橫向分析主要側(cè)重信號(hào)的品質(zhì)特性，即在某一時(shí)間段內(nèi)分析信號(hào)的一些數(shù)學(xué)品質(zhì)(如均值，方差等)、控制品質(zhì)(如調(diào)解時(shí)間，超調(diào)量，穩(wěn)定時(shí)間等)。在眾多的信號(hào)中，我們篩選出15種遙測信號(hào)進(jìn)行品質(zhì)分析，同時(shí)根據(jù)信號(hào)的特性采用的時(shí)間段為10秒作為一個(gè)基本的時(shí)間段進(jìn)行分析，橫向分析之初需要收集某個(gè)參數(shù)信息，然后放入緩沖區(qū)，當(dāng)收集1S數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析。每隔I秒進(jìn)行一次橫向分析。比如在系統(tǒng)運(yùn)行100秒時(shí)，橫向分析90?100秒之間的數(shù)據(jù)，在101秒時(shí)，橫向分析91?101秒之間的數(shù)據(jù)。然后依次類推。同樣橫向分析中也運(yùn)用并行處理技術(shù)，也開辟了 2路線程分別分析這15種參數(shù)。網(wǎng)狀分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，網(wǎng)狀分析算法的流程如圖4所示。c
[0028]3.融合語音技術(shù)
[0029]為加強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)的人性化，引入了語音技術(shù)，時(shí)時(shí)播報(bào)無人直升機(jī)的狀態(tài)信息，參數(shù)的品質(zhì)信息，告警信息等。在語音技術(shù)上，我們采用微軟的SpeechSDK語音系統(tǒng)和相應(yīng)得中文語言包。微軟的SpeechSDK語音系統(tǒng)中提供大量API函數(shù)，調(diào)用CoCreateInstanceO，SetRate (參數(shù)),SetVolume, SetVoice (參數(shù))等,完成對語音的初始化,根據(jù)需要調(diào)用其API函數(shù)Speak(參數(shù)I……參數(shù)N)就可實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)。語音播報(bào)的算法流程如圖5所示。
【權(quán)利要求】
1.一種無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法，其特征在于，采用分布式結(jié)構(gòu)，分為三個(gè)模塊，分為數(shù)據(jù)中心模塊，數(shù)據(jù)分析模塊和綜合顯示模塊，其中數(shù)據(jù)中心模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的集散；數(shù)據(jù)分析模塊實(shí)時(shí)分析接收飛行數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送給綜合顯示模塊。綜合顯示模塊接收數(shù)據(jù)中心模塊和數(shù)據(jù)分析模塊數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合處理與顯示。模塊間通過數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行交聯(lián)，形成統(tǒng)一的整體； 應(yīng)用網(wǎng)狀分析方法對信號(hào)進(jìn)行“縱向分析”和“橫向分析”: 對信號(hào)進(jìn)行“縱向分析”，在一定的控制輸入的組合下，調(diào)用數(shù)據(jù)分析模塊，逐一對信號(hào)進(jìn)行篩選甄別，分析對應(yīng)關(guān)系，判別參數(shù)是否正常，完成信號(hào)的“縱向分析” 對信號(hào)進(jìn)行“橫向分析”，即在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)針對參數(shù)進(jìn)行品質(zhì)分析，得出信號(hào)數(shù)學(xué)品質(zhì)和控制品質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法，其特征在于，所述信號(hào)數(shù)學(xué)品質(zhì)包括均值和方差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人直升機(jī)智能監(jiān)控的方法，其特征在于，所述信號(hào)控制品質(zhì)包括調(diào)解時(shí)間，超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104238502SQ201410424466
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】張大高, 李瑜強(qiáng), 宋海薇, 胡敏, 張璞, 劉麗君 申請人:中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所