固定翼机动飞行数据采集与分析

        机动动作的姿态等信息可以通过对飞行数据采集得到，机动飞行对于数据的精度和频率有很高的要求，随着传感器精度的提高和日趋小型化，大量的手动飞行经验可以通过数据进行准确记录，无人机设计、建模和飞行测试可以通过数据驱动得到实现。

        在实际飞行中，可以采用GPS、加速度计、磁力计等传感器对飞机的位置、姿态角、控制量等数据进行记录。另一方面飞行仿真技术也是解决机动飞行的问题的一个思路，其中无人机的自动飞行仿真技术经济实用，有助于无人机设计方案的研究探索。常见的飞行仿真软件有FlightGear、X-Plane、PhoenixRC等。

一、实飞数据采集

（1）数据采集

        机动飞行不同于常规飞行，其姿态变化更为剧烈，以下飞机模型为F-16涡喷飞行器：翼展1630mm、长度2475mm，起飞重量20Kg，采用JetCat P200-Rx涡喷发动机，最大推力230N，搭载SBG数据采集板。针对筋斗、英麦曼、反向英麦曼、横滚、半古巴八字等机动动作进行了数据采集。

                                                                                      F-16涡喷飞行器

        SBG数据采集板采用Ellipse2-N微型惯性导航传感器，是一款工业级传感器。为了满足机动数据的快速采集，采用RS422接口和高度的串口数据记录仪来完成数据记录，记录数据采用二进制直接记录方式，传输速率可以到4Mbps，数据记录速率为200Hz。可以将俯仰角、滚转角、偏航角、GPS、四元数以16进制格式记录下来。

                                                                                 机动动作数据采集系统

        Ellipse2-N是微型惯性导航传感器，内置低噪声高质量的3个陀螺仪、3个加速度计和3个磁强计和气压传感器，外置GPS，惯导信 通过多项误差修正及标定，通过增强型的扩展卡尔曼滤波器，将惯性数据和GNSS信 、里程计、以及DGPS 信息等进行融合，可以提供非常优越的姿态和导航信息。它的典型特点是：体积小、重量轻，只有47g，惯导信 经过专业的补偿校准，原始信息准确可靠，组合导航算法成熟、稳定，经历过多场景、复杂应用模式的反复验证，始终可提供稳定可靠的航向、姿态信息。传感器精度如下表所列。

                                                                                Ellipse2-N精度信息

        实际飞行受限于场地和人员，实飞数据样本较小，难以支撑整个系统的训练，因此实验室搭建了飞行仿真系统，进行飞行数据的采集，作为实飞数据的补充。

二、仿真数据采集

（1）仿真训练系统以及数据采集

        实验室搭建了专门的仿真训练系统，可以更加便捷的进行飞行数据采集。飞手配置的仿真飞行控制器为罗技X-56 HOTAS RGB油门和摇杆控制器，含阻尼调节器和油门锁，具备6个自由度，可以实现飞行器的灵活操纵，同时为了方便机动动作的飞行仿真，我们采用了一台CPU为Intel? Core? i7-6500U，内存8G，集成Intel(R) HD Graphics 520显卡的笔记本，和一台配置Intel? Core? i5-2400处理器，8G内存，GeForce GTX 1050Ti显卡的台式机构建仿真平台。其中台式机配置固态硬盘，用于数据采集和第一视角飞行显示，笔记本通过 络通信显示第三视角的飞行轨迹，用于飞手判断和实现机动动作。