基于Linux的无人机故障注入与分析系统软件研究

论文摘要

故障注入是一种基于试验的系统测试方法,它主要应用于系统容错机制验证和可靠性验证。软件故障注入是通过软件方法动态地修改目标系统的输入和输出,并形象地演示目标系统在故障注入作用后不正确输入和输出作用下的技术状态。本文首先叙述故障注入技术的基础知识,重点研究故障注入的试验策略,讨论故障注入评价机制、应用和发展方向。然后结合无人机的特点,采用总线上的故障注入模式,通过软件故障注入方法模拟飞行控制系统中的硬件故障,研究了故障注入技术在无人机飞行控制系统动态测试过程中的应用。通过分析和测试,本文采用Linux操作系统中系统实时时钟和POSIX信号接口函数安装信号处理函数的方法,实现了满足飞行控制系统实时性要求的定时器方法。本文设计了故障注入与分析系统软件模块化结构和故障检测估计算法,并采用Linux操作系统Qt程序设计环境和C++程序设计语言开发了故障注入与分析系统专用软件。本软件能够实时的执行故障注入和实现故障分析,实现了无人机动态测试中对飞行控制系统进行故障注入与分析的功能,从而考察无人机故障检测、故障定位、故障隔离和系统重构能力。系统各项试验充分验证了故障注入系统软件的性能和功能。随着系统功能的进一步完善,它将为我国新型无人机的研制提供技术储备与支持,加速新型无人机的研制速度、缩短研制周期、减小技术风险,为提高无人机整体性能奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 已取得的成果及其存在的问题
• 1.5 课题主要内容及论文结构
• 第二章 故障注入技术
• 2.1 故障注入技术的基本思想
• 2.2 故障和故障注入方法
• 2.2.1 故障、错误和失效
• 2.2.2 冗余、容错技术及可靠性
• 2.2.3 故障分类
• 2.2.4 常用的故障注入方法及其特点
• 2.3 故障注入试验策略
• 2.3.1 层次模型
• 2.3.2 故障注入试验策略的实现
• 2.3.3 总线上的故障注入模式
• 2.4 故障注入评价机制
• 2.5 故障注入应用
• 2.5.1 传统应用
• 2.5.2 故障注入方法和技术在无人机中的应用
• 2.6 故障注入技术发展方向
• 第三章 目标系统特性研究
• 3.1 无人机飞行控制系统简介
• 3.2 飞行控制系统主要故障类型及其对飞行安全的影响
• 3.2.1 无人机主要飞行阶段
• 3.2.2 无人机故障等级分类
• 3.2.3 无人机飞行控制系统主要故障类型
• 3.3 飞行控制系统在故障注入软件中的设计与接口需求
• 3.3.1 传感器子系统
• 3.3.2 舵机控制器和舵机子系统
• 3.3.3 状态监控子系统
• 3.4 目标系统故障分析方法
• 第四章 故障注入与分析系统软件相关平台
• 4.1 LINUX 操作系统版本介绍
• 4.2 软件中定时器实现方法
• 4.2.1 Kernel 2.6 定时器方法
• 4.2.2 定时器测试结论
• 4.3 故障注入与分析系统硬件平台
• 4.3.1 系统功能与作用
• 4.3.2 系统硬件组成与结构
• 第五章 故障注入与分析系统软件设计
• 5.1 软件方法实现故障注入的原理
• 5.2 故障注入与分析系统软件总体设计
• 5.2.1 模块化设计思想
• 5.2.2 故障注入软件模块化设计与实现
• 5.3 故障注入与分析系统软件详细设计
• 5.3.1 不同数据通道程序设计实现
• 5.3.2 故障注入人机界面设计
• 5.3.3 故障注入功能设计
• 5.3.4 记录文件设计
• 5.3.5 故障分析功能设计
• 第六章 系统测试与验证
• 6.1 试验简介及试验过程
• 6.1.1 试验步骤
• 6.1.2 试验任务建立与管理
• 6.1.3 试验过程实时监控
• 6.1.4 故障分析试验
• 6.2 试验验证
• 6.2.1 验证目的
• 6.2.2 验证方法
• 6.2.3 验证结果
• 6.2.4 验证结论
• 第七章 结论和展望
• 7.1 本文已经完成的工作
• 7.2 故障注入系统下一阶段的开发任务
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录