基于專家知識(shí)的無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人機(jī)指揮控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于專家知識(shí)的無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]首先，受機(jī)上“無人化”特性的制約和限制，在無人機(jī)飛行中，為避免飛行事故發(fā)生和提高任務(wù)完成率，地面飛行指揮人員不僅要能及時(shí)從遙測(cè)數(shù)據(jù)中察覺飛行危情，還需其能做出準(zhǔn)確的處置判斷。這些要求指揮員不僅具有很強(qiáng)的分析能力，而且要高度專注屏幕數(shù)據(jù)的變化情況，高度緊張會(huì)帶來很大的精神壓力。其次，無人機(jī)系統(tǒng)是集大量高、精、尖技術(shù)于一體的高科技裝備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和余度設(shè)計(jì)管理技術(shù)，以提高系統(tǒng)飛行的安全可靠性，因而地面顯示系統(tǒng)中遙測(cè)數(shù)據(jù)多、信息量大。此外，在長航時(shí)、全天候執(zhí)行任務(wù)時(shí)，工作負(fù)荷大，受外界復(fù)雜環(huán)境干擾的因素較多，對(duì)故障診斷、危情分析預(yù)測(cè)和及時(shí)處置決策提出了更高要求。
[0003]目前，無人機(jī)指揮控制站的數(shù)據(jù)監(jiān)視軟件，存在的不足主要有以下三方面:
[0004]I) 一是飛行危情的征兆主要通過遙測(cè)數(shù)據(jù)的變化來反映，信息的提取主要靠人的視覺，指揮人員凝視屏幕來觀測(cè)數(shù)據(jù)，長航時(shí)飛行中會(huì)因長時(shí)間高度緊張凝視，造成視覺疲勞，導(dǎo)致對(duì)屏幕上的信息變化不敏感，造成指揮員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障信息，使故障遺漏，錯(cuò)失判斷的時(shí)機(jī)；
[0005]2) 二是無人機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，這對(duì)指揮人員專業(yè)水平要求很高，出現(xiàn)復(fù)雜情況時(shí)，多數(shù)據(jù)變化，難以做出精確判斷，失去故障處置的有利時(shí)機(jī)；
[0006]3)三是針對(duì)新型無人機(jī)，指揮員對(duì)新機(jī)型的飛行危情處置方面，缺少經(jīng)驗(yàn)，一旦發(fā)生危情，臨時(shí)找專家不大可能，由于排故經(jīng)驗(yàn)缺乏，不能及時(shí)做出正確的決策，造成排故延遲，延誤時(shí)機(jī)，引發(fā)飛行安全事故。指揮員的飛行壓力大，由于怕出現(xiàn)飛行安全，出現(xiàn)能少飛絕不多飛，能不飛絕不飛的心態(tài)，嚴(yán)重影響了戰(zhàn)斗力提升。
[0007]因此，為輔助提高飛行指揮人員的決策能力，有必要對(duì)無人機(jī)飛行安全影響因素及其安全等級(jí)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)危情提示處理和決策處置生成，設(shè)計(jì)無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在飛行危情出現(xiàn)時(shí)，給出告警提示和處置建議，輔助指揮員及時(shí)準(zhǔn)確做出決策，提升作戰(zhàn)指揮效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)無人機(jī)飛行過程中遇到應(yīng)急情況時(shí)操作手往往因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)缺乏和精神緊張等原因不能快速做出正確決策的問題，本發(fā)明提出一種基于專家知識(shí)的無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。該設(shè)計(jì)方法建立了無人機(jī)危情處置專家系統(tǒng)，將各種應(yīng)急情況(設(shè)備故障、飛行狀態(tài)異常等)及其應(yīng)急處置建議作為專家知識(shí)輸入到專家系統(tǒng)中?；趯＜抑R(shí)將遙測(cè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)推理得到飛行指揮輔助決策建議。
[0009]本發(fā)明提供的一種基于專家知識(shí)的無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下:
[0010]第一步:數(shù)據(jù)接口適配處理；
[0011]通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)解析，完成遙測(cè)幀原始數(shù)據(jù)向符合系統(tǒng)處理需求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
[0012]第二步:基于專家系統(tǒng)的危情處置；
[0013]基于專家系統(tǒng)的知識(shí)庫和推理功能，完成安全等級(jí)分類、輔助決策生成和危情分析三項(xiàng)內(nèi)容，生成危情處置報(bào)告。
[0014]第三步:信息應(yīng)用處理；
[0015]接收危情處置報(bào)告，進(jìn)行信息提示，并按照用戶需求進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、選擇數(shù)據(jù)模式、讀取回放數(shù)據(jù)等處理。
[0016]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為:
[0017](I)本發(fā)明將人工智能技術(shù)應(yīng)用到無人機(jī)系統(tǒng)中，能夠有效地提高無人機(jī)操作手執(zhí)行任務(wù)的效能，從更大程度上保障無人機(jī)飛行安全。
[0018](2)本發(fā)明提出的方法具有一定的通用性，能夠適用于不同型號(hào)的無人機(jī)系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法流程圖；
[0020]圖2為本發(fā)明中專家系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為專家系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]本發(fā)明提出的一種基于專家知識(shí)的無人機(jī)飛行指揮輔助決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如圖1，具體實(shí)施步驟如下:
[0024]第一步:數(shù)據(jù)接口適配處理；
[0025]數(shù)據(jù)接口適配處理是把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合系統(tǒng)處理需求的數(shù)據(jù)的處理過程。這一處理過程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)解析。數(shù)據(jù)采集過程用來從無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈下傳遙測(cè)端口獲取實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)或從計(jì)算機(jī)本地硬盤的數(shù)據(jù)文件獲取遙測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成遙測(cè)數(shù)據(jù)從原始格式(如二進(jìn)制)向十進(jìn)制格式的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)解析主要是依據(jù)遙測(cè)幀結(jié)構(gòu)文件把十進(jìn)制格式的遙測(cè)數(shù)據(jù)解析成若干個(gè)遙測(cè)參數(shù)量(如空速、俯仰角、航向角、節(jié)風(fēng)門等)，以便于后續(xù)進(jìn)行危情分析應(yīng)用。
[0026]第二步:基于專家系統(tǒng)的危情處置；
[0027]所述的危情處置是指基于專家系統(tǒng)的知識(shí)庫和推理功能，完成安全等級(jí)分類和輔助決策生成，結(jié)合危情分析內(nèi)容生成處置報(bào)告，并輸給用戶進(jìn)行信息提示處理。其中，危情分析包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)(判斷是否產(chǎn)生故障)和故障診斷(分析故障原因、判斷故障類型、進(jìn)行故障定位等)。
[0028]1.專家系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
[0029]專家系統(tǒng)通過測(cè)控鏈路獲取飛行器的遙測(cè)參數(shù)量(如飛行器當(dāng)前飛行高度、空速、姿態(tài)角等)和機(jī)載設(shè)備的故障信號(hào)，將其與知識(shí)庫中的規(guī)則進(jìn)行匹配，通過推理功能進(jìn)行故障診斷，查明會(huì)引發(fā)飛行安全事故的原因，并能夠給出安全等級(jí)分類和輔助決策。
[0030]在結(jié)構(gòu)上，專家系統(tǒng)包括人機(jī)接口模塊、知識(shí)獲取與管理模塊、推理機(jī)、解釋說明模塊和知識(shí)庫，如圖2，各模塊主要功能如下:
[0031]知識(shí)庫:存儲(chǔ)專家知識(shí)，包括無人機(jī)故障知識(shí)(包括故障特征、故障原因、故障模式等)、系統(tǒng)故障樹及其輔助決策建議措施；用于存取診斷推理過程中的各種信息，如初始值、推理過程中得到的中間結(jié)論及診斷的最終結(jié)果。
[0032]知識(shí)獲取與管理模塊:用戶通過人機(jī)接口模塊為知識(shí)庫的專家知識(shí)進(jìn)行添加、刪除、修改等，以及獲取診斷對(duì)象的有關(guān)信息。所述的診斷對(duì)象包括部件、設(shè)備、分系統(tǒng)等。
[0033]推理機(jī):推理功能是整個(gè)專家系統(tǒng)的核心，控制著知識(shí)庫中所有規(guī)則的調(diào)度，根據(jù)不同的故障診斷情況調(diào)用不同的規(guī)則進(jìn)行診斷。
[0034]解釋說明模塊:對(duì)知識(shí)庫中的專家知識(shí)、推理規(guī)則及診斷結(jié)果給出合理的解釋，并用一種人們?nèi)菀桌斫獾男问奖磉_(dá)出來。通過人機(jī)接口模塊到達(dá)人機(jī)界面提供給專家、用戶參閱。
[0035]人機(jī)接口模塊:用戶和專家系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)、診斷結(jié)構(gòu)、解釋、知識(shí)管理等的交互。
[0036]2.專家系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
[0037]本發(fā)明采用分層融合式體系結(jié)構(gòu)描述方式，在無人機(jī)系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，構(gòu)建無人機(jī)危情處置專家系統(tǒng)邏輯體系結(jié)構(gòu)，如圖3所示，專家系統(tǒng)中的推理機(jī)包括關(guān)鍵部件DR、設(shè)備級(jí)DR、分系統(tǒng)級(jí)DR和系統(tǒng)級(jí)DR，DR表示故障診斷推理機(jī)，因此可以實(shí)現(xiàn)四層危情處置，具體過程如下:
[0038]關(guān)鍵部件DR是設(shè)備的關(guān)鍵部件狀態(tài)管理方案的實(shí)時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠通過獲取無人機(jī)的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合知識(shí)庫中的專家知識(shí)和歷史遙測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件故障診斷，并將診斷結(jié)果進(jìn)一步發(fā)送給設(shè)備級(jí)DR ;設(shè)備級(jí)DR是設(shè)備狀態(tài)管理方案的實(shí)時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠通過獲取關(guān)鍵部件DR的數(shù)據(jù)和信息并進(jìn)行融合處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷，并將診斷結(jié)果進(jìn)一步發(fā)送給分系統(tǒng)級(jí)DR ;所述的分系統(tǒng)級(jí)DR是把來自設(shè)備級(jí)DR的數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行相關(guān)以解決各種數(shù)據(jù)的不一致性，確認(rèn)并隔離故障，得到更加可靠的設(shè)備狀態(tài)，并發(fā)送給系統(tǒng)級(jí)DR ;系統(tǒng)級(jí)DR是獲取整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)的故障狀態(tài)進(jìn)而生成輔助決策建議，反饋給作戰(zhàn)指揮人員；系統(tǒng)級(jí)DR用來自分系統(tǒng)級(jí)DR的輸入來最佳地表征無人機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)，確定故障發(fā)生可能的先后順序，并推薦必要的輔助決策措施。當(dāng)某一故障與在知識(shí)庫中的描述存在差距時(shí)，可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行修正。
[0039]3.危情處置報(bào)告表示方法；
[0040]基于專家系統(tǒng)，研宄無人機(jī)故障模式及影響分析方法，建立危情描述通用模型。依據(jù)分系統(tǒng)/設(shè)備/關(guān)鍵部件的關(guān)系，建立典型設(shè)備的故障模式及影響分析表，用于生成危情處置報(bào)告。
[0041]定義危情描述通用模型(即故障模式及影響分析模型)原型如下:
[0042]{
[0043]1.1ndex 序號(hào)；