《民用轻小型无人直升机飞行控制系统通 用要求GBT+38911-2020》详细解读

《民用轻小型无人直升机飞行控制系统通用要求GB/T38911-2020》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语、定义和缩略语3.1术语和定义3.2缩略语4通用要求4.1控制方式contents目录4.2功能4.3性能4.4硬件4.5软件4.6接口4.7通用质量特性5验证试验5.1型式试验5.2出厂检验contents目录6标识、包装、运输和储存6.1标识6.2包装6.3运输与储存011范围适用对象本标准适用于民用轻小型无人直升机飞行控制系统的设计、生产、试验和使用。涵盖无人直升机在视距内和超出视距的飞行控制系统要求。飞行控制系统的性能要求和安全要求。飞行控制系统的试验方法和检验规则。飞行控制系统的基本组成和功能。涉及内容不适用范围军用无人直升机、大型无人直升机及特种无人直升机飞行控制系统。无人直升机以外的其他无人机飞行控制系统，如固定翼、多旋翼等。关联标准引用其他相关国家标准和行业标准，如无人机通用要求、无人机系统飞行试验方法等。与国际相关标准和规范保持协调和一致性，如ISO、ASTM等无人机相关标准和规范。022规范性引用文件引用文件概述本标准在制定过程中，参考并引用了多个国内外相关标准和规范，以确保标准的科学性和实用性。引用文件主要涉及无人机技术、飞行控制、航空安全等领域，为民用轻小型无人直升机飞行控制系统的设计与验证提供了全面的指导。《无人机系统分类及分级》（GB/TXXXX-XXXX）为无人机系统的分类和分级提供了标准依据，有助于明确本标准的适用范围。《无人机安全飞行要求》（GB/TXXXX-XXXX）规定了无人机安全飞行的基本要求，对飞行控制系统的设计和使用提出了安全指导。主要引用文件123规范性引用文件为本标准的制定提供了技术支撑和理论依据，确保了标准的科学性和严谨性。通过引用相关标准和规范，使得本标准在内容上更加全面、准确，有助于指导民用轻小型无人直升机飞行控制系统的设计与验证工作。引用文件的更新和完善也将推动本标准的持续改进和优化，以适应无人机技术的快速发展和市场需求的不断变化。引用文件的作用033术语、定义和缩略语3.1术语和定义无人直升机01是指由遥控站人员通过遥控设备或机载自主飞行控制系统操纵的无人驾驶直升机。飞行控制系统02是指无人直升机上用于控制其飞行姿态、轨迹和速度等的系统，通常由传感器、控制器和执行机构等组成。遥控设备03是指用于远程操纵无人直升机的设备，包括遥控器、遥测装置等。自主飞行04是指无人直升机在无需遥控站人员直接操纵的情况下，依据预设航线或任务规划，通过机载自主飞行控制系统实现自动导航、控制和执行任务的飞行方式。UAV无人驾驶飞行器（UnmannedAerialVehicle）的缩写，泛指无人驾驶的各类飞行器。RC遥控（RemoteControl）的缩写，指通过遥控设备对无人直升机进行远程控制的方式。GPS全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的缩写，是一种利用信号传输技术来确定位置的系统，广泛应用于无人直升机的导航定位中。FCS飞行控制系统（FlightControlSystem）的缩写，指无人直升机上用于飞行控制的系统。3.2缩略语043.1术语和定义飞行控制系统指无人直升机中用于控制其飞行姿态、轨迹和速度等的系统，包括必要的硬件和软件组件。主要功能稳定飞行、导航控制、任务执行与飞行管理。3.1.1飞行控制系统3.1.2关键术语解释固件指嵌入在飞行控制系统硬件中的软件，用于提供基本的控制功能和操作逻辑。控制器局域网总线（CAN）一种用于飞行控制系统中各组件之间通信的协议，确保数据的可靠传输。全球导航卫星系统（GNSS）提供全球范围内的定位、导航和授时服务，是无人直升机导航的关键技术。惯性测量单元（IMU）用于检测和测量无人直升机的角速度和加速度，从而确定其姿态和位置变化。3.1.3缩略语ADS-B广播式自动相关监视，一种用于航空器之间自动交换飞行信息的技术。AHRS航姿参考系统，提供无人直升机的姿态、航向和速度等信息。API应用编程接口，允许不同软件组件之间的交互和通信。UART通用异步收发传输器，一种串行通信协议，用于数据传输。053.2缩略语含义自动控制系统（AutomaticControlSystem）应用在无人直升机飞行控制中，ACS负责实时调整飞行姿态和航向，确保稳定飞行。ACSAHRS功能提供无人直升机的姿态和航向信息，是飞行控制系统的重要组成部分。含义姿态航向参考系统（AttitudeandHeadingReferenceSystem）全球定位系统（GlobalPositioningSystem）含义为无人直升机提供精确的定位信息，是实现自主飞行和导航的关键技术。作用GPS含义比例-积分-微分控制器（Proportional-Integral-Derivativecontroller）应用在飞行控制系统中，PID控制器用于调节无人直升机的飞行姿态和速度，实现稳定控制。PID064通用要求高度与速度控制系统应能够准确控制无人直升机的飞行高度和速度，以满足不同任务需求，并确保飞行安全。姿态控制无人直升机应具备稳定的姿态控制能力，包括俯仰、横滚和偏航控制，以确保飞行过程中的稳定性和安全性。导航控制飞行控制系统应具备精确的导航功能，能够根据预设航线进行自主飞行，并实时调整飞行轨迹以应对各种飞行条件。4.1飞行控制功能飞行控制系统应具有良好的稳定性，能够在各种飞行环境下保持无人直升机的稳定飞行，减小外界干扰对飞行的影响。稳定性系统的控制精度应满足相关任务要求，包括定位精度、航向精度和高度精度等，以确保飞行任务的准确执行。精确性飞行控制系统应具备快速的响应能力，能够及时对飞行指令和外界变化做出反应，确保飞行安全和任务成功执行。响应性4.2飞行控制性能冗余设计系统应具备完善的故障诊断和处理机制，能够及时发现并处理各种潜在故障，确保飞行安全。故障诊断与处理应急控制在紧急情况下，飞行控制系统应提供应急控制功能，包括紧急着陆、返航等，以最大程度地保障人员和财产安全。飞行控制系统应采用冗余设计，包括硬件冗余和软件冗余，以提高系统的可靠性和容错能力。4.3系统安全性人机交互界面飞行控制系统应提供直观、易用的人机交互界面，方便操作人员对无人直升机进行实时监控和控制。操作便捷性系统的操作流程应简洁明了，易于学习和掌握，以降低操作难度和提高工作效率。智能化水平飞行控制系统可具备一定的智能化水平，如自动避障、智能跟踪等功能，以减轻操作人员的负担并提高飞行安全性。4.4人机交互与操作便捷性074.1控制方式无人直升机应配备易于操作且符合人机工程学的手动操纵装置，如遥控器。操纵装置手动控制模式下，无人直升机的响应应迅速且准确，无明显延迟或超调现象。操纵响应应明确手动控制的操纵范围，确保在安全飞行包线内进行操纵。操纵范围4.1.1手动控制无人直升机应具备精确的导航控制能力，能够按照预设航线进行自动飞行。导航控制自动控制模式下，无人直升机应保持稳定的姿态，具备抗风扰和自动修正偏差的能力。姿态控制无人直升机应能准确控制飞行高度和速度，以满足不同任务需求。高度与速度控制4.1.2自动控制010203优先级设定在混合控制模式下，应明确手动控制与自动控制的优先级，避免控制冲突。应急控制当自动控制出现故障或异常情况时，应能迅速切换至手动控制模式，确保飞行安全。切换机制无人直升机应具备手动与自动控制模式之间的平滑切换机制，确保在切换过程中飞行安全。4.1.3混合控制084.2功能姿态控制无人直升机应具备稳定的姿态控制能力，包括俯仰、横滚和偏航控制，以确保飞行过程中的稳定性和安全性。4.2.1飞行控制功能导航控制飞行控制系统应具备精确的导航功能，能够根据预设航线或实时指令进行自主飞行，同时应具备防止偏离航线的保护措施。高度与速度控制系统应能够准确控制无人直升机的飞行高度和速度，以满足不同任务需求，并具备防止超速或失速的控制策略。4.2.2任务管理功能任务规划飞行控制系统应支持任务规划功能，允许用户根据实际需求设定飞行任务，包括航线规划、飞行高度、速度等参数设置。任务执行与监控系统应能够按照规划的任务自主执行飞行，同时提供实时监控功能，允许用户随时了解任务执行情况和无人直升机的状态。应急处理在飞行过程中遇到紧急情况时，飞行控制系统应具备相应的应急处理功能，如自动返航、紧急降落等，以确保无人直升机和人员安全。4.2.3系统管理与维护功能01飞行控制系统应提供完善的系统配置与管理功能，允许用户对系统进行参数设置、功能选择等操作，以满足不同应用场景的需求。系统应具备故障诊断与排除功能，能够及时发现并处理潜在的故障问题，确保无人直升机的正常运行。飞行控制系统应能够记录飞行过程中的关键数据，并提供数据分析功能，帮助用户评估飞行性能、优化飞行参数等。0203系统配置与管理故障诊断与排除数据记录与分析094.3性能稳定性与操控性无人直升机的飞行控制系统应具备良好的稳定性和操控性，确保在复杂环境下能够稳定飞行，并准确响应操控指令。飞行精度抗风能力飞行性能要求系统应保证无人直升机在飞行过程中的定位精度和航向精度，以满足不同应用场景的需求。飞行控制系统应具备一定的抗风能力，确保在风力干扰下仍能保持稳定的飞行姿态。故障检测与处理系统应具备故障检测与处理能力，当发生故障时能够及时发出警报并采取相应的安全措施。防撞与避障飞行控制系统应具备防撞与避障功能，通过传感器等设备实时监测周围环境，避免与障碍物发生碰撞。应急返航与降落在紧急情况下，系统应能够自动规划安全返航路线并实现安全降落。安全性能要求飞行控制系统应能在长时间运行过程中保持稳定性，确保无人直升机能够持续、稳定地执行任务。长时间运行稳定性系统应具备一定的耐恶劣环境能力，如高温、低温、潮湿等环境下仍能正常工作。耐恶劣环境可靠性与耐久性自主导航与定位飞行控制系统应具备自主导航与定位功能，能够实现无人直升机的自主飞行与精确定位。智能决策智能化与自主性系统应具备智能决策能力，能够根据任务需求和实际情况自动调整飞行策略。0102104.4硬件负责处理飞行控制算法，接收传感器数据，并输出控制指令给执行机构。包括陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、GPS等，用于感知无人直升机的姿态、位置、速度等状态信息。如电动舵机、电机等，根据飞行控制计算机的输出指令，控制无人直升机的飞行动作。负责与地面控制站或其他无人机进行数据传输和通信。4.4.1硬件组成飞行控制计算机传感器执行机构通信接口可靠性硬件应具有高可靠性，能够在恶劣环境下长时间稳定工作。4.4.2硬件性能要求01精度传感器和执行机构应具有高精度，以确保无人直升机的精确控制。02响应速度硬件应具有快速响应能力，能够实时处理飞行控制算法并输出控制指令。03兼容性硬件应具有良好的兼容性，能够支持多种不同类型的传感器和执行机构。04冗余设计关键硬件部件应采用冗余设计，以提高系统的容错能力。电磁兼容性硬件应具有良好的电磁兼容性，能够抵抗外界电磁干扰。防雷电设计硬件应采取防雷电措施，以保护电路免受雷电损害。过热保护硬件应具备过热保护功能，以防止因过热而损坏电路元件。4.4.3硬件安全设计性能测试应对硬件进行性能测试，以确保其满足规定的性能指标。环境适应性测试应对硬件进行环境适应性测试，以验证其在不同环境条件下的工作能力。可靠性测试应对硬件进行可靠性测试，以评估其在实际使用中的可靠性水平。安全性测试应对硬件进行安全性测试，以确保其在使用过程中不会对人员或设备造成危害。4.4.4硬件测试与验证114.5软件010203软件应满足系统功能和性能要求，保证飞行安全。软件设计应遵循模块化、结构化原则，便于维护和升级。软件应通过严格的测试和验证，确保其可靠性和稳定性。4.5.1总则123软件架构应清晰明了，各模块之间接口定义明确。应采用分层设计思想，降低模块间耦合度，提高系统可扩展性。应具备异常处理和容错机制，防止软件故障对飞行安全造成影响。4.5.2软件架构4.5.3软件开发010203软件开发应遵循相关标准和规范，确保代码质量和可读性。应采用版本控制工具对软件代码进行管理，便于追踪和回溯。软件开发过程中应进行严格的测试和评审，确保软件功能正确实现。应对软件进行安全性评估，识别潜在风险并制定相应的缓解措施。软件确认过程应包括对测试结果的分析和评估，确保软件满足用户需求和使用场景。软件应通过仿真测试、地面测试和实际飞行测试等多层次验证，确保其满足设计要求。4.5.4软件验证与确认124.6接口数据接口负责传输飞行状态、控制指令等关键数据，确保飞行控制系统与其他系统（如导航系统、传感器等）之间的顺畅通信。电源接口为飞行控制系统提供稳定可靠的电力供应，同时具备过流、过压保护功能，以确保系统安全运行。控制接口接收来自地面控制站或遥控器的控制指令，实现对无人直升机的精确操控。0203014.6.1接口类型和功能接口设计遵循国家标准和行业规范，确保不同厂商的设备能够互相兼容，降低集成难度。标准化设计在产品开发阶段进行严格的兼容性测试，以确保飞行控制系统能够与各种外部设备无缝对接。兼容性测试4.6.2接口标准和兼容性通过数据加密技术，确保接口传输的数据安全，防止信息泄露或被恶意篡改。加密传输采用先进的错误检测和纠正技术，确保数据传输的准确性，避免因接口问题导致的飞行事故。错误检测和纠正4.6.3接口安全性和可靠性VS对接口进行定期检查和维护，确保其处于良好工作状态，减少故障发生的可能性。软件升级随着技术的不断发展，定期对接口软件进行升级，以支持新的功能和提高性能。定期维护4.6.4接口维护和升级134.7通用质量特性飞行控制系统的设计应确保在各种环境条件下都能稳定运行，减少故障发生的概率。高可靠性设计关键部件或功能应采用冗余设计，以提高系统的容错能力，确保在部分组件故障时系统仍能正常工作。冗余设计4.7.1可靠性4.7.2安全性安全认证飞行控制系统应通过相关安全认证，确保其符合行业安全标准，降低潜在风险。故障保护机制系统应具备完善的故障检测和保护机制，能够在出现故障时及时采取措施，防止事故扩大。模块化设计系统应采用模块化设计，便于快速诊断和更换故障部件，提高维修效率。维修文档支持提供详尽的维修手册和故障诊断指南，帮助维修人员快速定位并解决问题。4.7.3维修性内置测试功能系统应具备内置的测试功能，能够定期自检并报告状态，便于及时发现潜在问题。014.7.4测试性外部测试接口提供外部测试接口，支持使用专业测试设备进行更深入的检测和诊断。024.7.5保障性技术支持与培训提供全面的技术支持和培训服务，确保用户能够熟练掌握飞行控制系统的操作和维护方法。备件供应建立完善的备件供应体系，确保在需要时能够及时提供替换部件，减少停机时间。145验证试验5.1验证试验目的验证飞行控制系统的功能和性能指标是否满足设计要求01评估飞行控制系统在实际飞行环境中的稳定性和可靠性02确保飞行控制系统能够满足民用轻小型无人直升机的安全飞行要求035.2验证试验内容功能性验证验证飞行控制系统的各项功能是否正常工作，包括导航、控制、传感器数据采集等02040301稳定性验证在实际飞行环境中测试飞行控制系统的稳定性，包括抗干扰能力、应对突发情况的能力等性能验证测试飞行控制系统的性能指标，如控制精度、响应时间等是否满足设计要求可靠性验证长时间运行测试，评估飞行控制系统的可靠性地面测试在地面进行各项功能和性能测试，确保飞行控制系统在起飞前满足基本要求实际飞行测试在实际飞行环境中进行各项测试，验证飞行控制系统的稳定性和可靠性模拟故障测试模拟各种可能出现的故障情况，测试飞行控制系统的容错能力和应对措施5.3验证试验方法选择适当的试验场地和气候条件，确保试验的安全性和有效性试验环境由经验丰富的专业人员进行试验操作和数据记录，确保试验过程的严谨性和科学性试验人员使用符合要求的测试设备和仪器，确保测试数据的准确性和可靠性试验设备制定完善的安全措施和应急预案，确保试验过程的安全性安全措施5.4验证试验要求155.1型式试验123验证飞行控制系统的功能和性能是否满足设计要求评估飞行控制系统在不同环境条件下的适应性和稳定性检测飞行控制系统可能存在的潜在缺陷和安全隐患试验目的功能试验环境适应性试验性能测试安全性试验对飞行控制系统的各项功能进行全面测试，包括起飞、巡航、降落、悬停、导航、遥控等模拟不同环境条件（如温度、湿度、振动等）下飞行控制系统的运行情况测试飞行控制系统的性能指标，如控制精度、响应时间、稳定性等对飞行控制系统的安全保护机制进行测试，包括应急控制、故障诊断与处理等试验内容01实验室测试在实验室环境下，利用模拟器或实际飞行控制系统进行试验试验方法02外场测试在符合安全规定的实际飞行场地进行试验，以验证飞行控制系统在实际环境中的表现03联合测试与其他相关系统（如导航系统、任务载荷系统等）进行联合测试，评估整体性能和兼容性试验前应对飞行控制系统进行全面检查，确保其处于良好状态试验要求01试验过程中应严格遵守安全规定，确保人员和设备安全02试验数据应真实、准确、完整，并进行妥善保存和分析03试验结束后应出具详细的试验报告，对试验结果进行总结和评价04165.2出厂检验2014检验内容与标准飞行控制系统的各项功能是否正常，包括但不限于导航、控制、传感器等。系统是否稳定，是否存在异常抖动或偏差。所有接口、连接线路是否牢固，通讯是否正常。软件版本是否与硬件匹配，是否存在已知的漏洞或问题。04010203对飞行控制系统进行全面的功能测试，包括起飞、飞行、降落等各个环节。逐一检查接口和线路，确保连接稳定可靠。使用专业设备进行稳定性测试，检查系统是否存在异常。核对软件版本，确保与硬件相匹配，并检查是否存在已知的安全问题。检验方法出厂检验是确保飞行控制系统质量的关键环节，能够有效避免潜在的安全隐患。检验的重要性通过严格的检验流程，可以筛选出存在问题的产品，提高整体的产品质量。对于消费者而言，经过出厂检验的飞行控制系统更加可靠，能够提供更好的使用体验。后续维护与更新对于已经通过出厂检验的飞行控制系统，还需要进行定期的维护和更新。01厂商应提供技术支持和售后服务，及时解决用户在使用过程中遇到的问题。02针对软件漏洞或问题，厂商应及时发布更新补丁，确保系统的安全性和稳定性。03176标识、包装、运输和储存标识对于涉及安全的关键部件或接口，应设置明显的警示标识，以提醒用户注意安全事项。标识内容应与产品技术文件和使用说明书相一致，确保用户能够准确识别和使用。飞行控制系统应在明显位置固定有清晰、不易磨损的标识牌，标明产品名称、型号、制造日期、生产编号等信息。010203飞行控制系统的包装应符合相关标准和规定，确保产品在运输和储存过程中不受损坏。包装箱外表面应标明产品名称、型号、数量、重量以及必要的搬运和储存注意事项。包装内部应采取适当的防护措施，如防震、防潮、防尘等，以确保产品的性能和可靠性。包装010203123飞行控制系统的运输应遵循安全、可靠、经济的原则，选择合适的运输方式和运输工具。在运输过程中，应确保产品不受挤压、碰撞、颠簸等不良影响，防止产品损坏或性能下降。对于需要特殊运输条件的产品，如温度控制、湿度控制等，应采取相应的措施以满足运输要求。运输对于长期储存的产品，应定期进行维护和检查，以确保产品始终处于可用状态。同时，应建立库存管理制度，实现产品的先进先出和追溯管理。储存飞行控制系统的储存环境应符合产品技术文件的要求，确保产品在储存期间保持良好的性能和状态。储存场所应具备防火、防盗、防潮等安全措施，确保产品的安全性和完整性。010203186.1标识标识内容010203制造商名称或商标飞行控制系统或其部件上应标明制造商的名称或商标，以便于追溯和识别。产品型号和序列号每个飞行控制系统或其部件都应有唯一的产品型号和序列号，以便于管理和维护。安全警示标识应在显著位置标明安全警示标识，以提醒操作人员注意安全事项。标识位置和要求标识应清晰、耐久，不易脱落或模糊，能够承受正常使用条件下的磨损。标识要求标识应位于易于观察和不易磨损的位置，确保在使用过程中能够清晰可见。标识位置通过标识可以追溯飞行控制系统的生产、检验和使用过程，有助于产品质量管理和控制。产品质量追溯标识的重要性和作用安全警示标识能够提醒操作人员注意安全事项，减少操作失误和安全事故的发生。安全警示作用明确的标识有助于维护人员对飞行控制系统进行定期检查、维护和更换部件，提高维护管理效率。维护管理便利196.2包装符合标准包装应符合GB/T38911-2020中对包装的通用要求，确保产品在运输和储存过程中的安全。防护性能包装