于明清，徐錦法，劉建業

南京航空航天大學導航研究中心，江蘇南京

南京航空航天大學直升機旋翼動力學重點實驗室，江蘇南京

摘　　　要：研究了無人直升機飛行控制系統實時軟件系統設計架構，針對機載嵌入式飛控計算機系統和地面站計算機系統，提出了基于ＶｘＷｏｒｋｓ實時操作系統的多線程任務機載軟件設計方案和基于ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ操作系統的地面站軟件設計方案，有助于加快完成無人直升機飛行控制系統的設計和驗證。機載系統軟件設計為數據采集和測量、伺服舵機驅動、飛行控制與發動機控制實現、通信和數據請求存儲等功能。地面站系統軟件設計為與機載系統的數據通信、終端用戶操控，以及實時飛行狀態監視等功能。利用組件對象模型設計技術實現了系統軟件設計的模塊化、軟件結構分層組件化，方便了軟件系統的集成與擴展。采用多任務線程機制，有效地滿足了飛行控制系統實時性要求。利用實時操作系統的定時器任務機制，確保飛行模式的任務管理和調度。依據所提出的軟件設計架構完成了實時機載軟件和地面站軟件組件模塊的設計與開發，而且軟件集成快捷方便。研究成果已成功應用于某型無人直升機飛行控制系統。

關　鍵　詞：無人直升機；實時系統；機載軟件；地面站軟件；軟件架構

１　引　言
近年來，無人直升機研究在世界上引起了廣泛的關注。不僅僅是無人直升機在軍事和民用領域具有潛在應用價值，更重要的是無人直升機作為一個多功能性研究驗證平臺設備，可為許多應用和學術研究所用，具有很強的科學意義。世界上很多科研機構和高等院校都已選擇無人直升機作為研究和測試先進控制技術的設備。無人直升機自主飛行能力的實現需要克服許多技術關鍵，面臨著許多復雜和不確定的環境，比如：無法預料的障礙物、敵人襲擊、和設備故障等。還必須與地面站技術員進行有效通信。無人直升機控制系統不僅涉及飛行控制系統，需要計算飛行控制律，而且還涉及發動機控制系統、高層任務規劃、決策和調度。無人直升機機載軟件系統需要執行各種任務，從硬件驅動到設備操作管理，從經典輸入輸出控制律實現到任務調度和派遣。已有不少文獻討論了無人直升機系統結構、控制方法和軟件實現等方面內容。文獻［１］介紹了模型無人直升機機載軟件實現，包括通信、數據請求和控制等機載任務。文獻［２］介紹了一種具有可重構和互操作能力的復雜動態系統開放式控制平臺（ＯＣＰ），給出了基于ＣＯＲＢＡ的無人直升機仿真平臺驗證原型。文獻３提出了一個關于無人直升機系統配置方案和軟件實現方法。本文著重介紹無人直升機實時機載系統和地面站系統軟件架構和組件模塊設計與開發，用于無人直升機飛行控制系統（含發動機控制）設計驗證。

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