本申请实施方式涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机振动及冲击数据采集分析系统。
背景技术：
无人机在飞行过程中由于螺旋桨电机的转动和空中气流等影响会产生各种振动及冲击，这些振动及冲击会对无人机结构强度和载荷作业精度等带来不利影响。
发明人在实现本申请的过程中发现，现有的主流振动测试系统只能近距离测试，工作方式较为单一。
技术实现要素：
本申请根据现有技术的无人机振动及冲击数据采集分析系统只能近距离测试，工作方式较为单一的技术问题，提出一种无人机振动及冲击数据采集分析系统。
本申请的一个或者多个实施例公开了一种无人机振动及冲击数据采集分析系统，包括：测量采集系统、上位机处理系统以及飞行控制系统；
所述测量采集系统包括：微控制模块、第一存储模块、第一通信模块和一个或多个数据采集模块，所述微控制模块分别与所述数据采集模块、所述第一存储模块和所述第一通信模块连接；
其中，所述数据采集模块，用于采集无人机的振动数据并发送给所述微控制模块；所述微控制模块，用于将所述振动数据处理为测量数据帧并发送给所述第一存储模块进行存储；所述第一通信模块，用于将所述测量数据帧发送给所述上位机处理系统，还用于将所述测量数据帧发送给所述飞行控制系统；
所述上位机处理系统包括：第二通信模块、处理器、第二存储模块以及显示模块，所述第二通信模块电性连接于所述第二存储模块，所述处理器分别电性连接于所述第二通信模块、所述第二存储模块和所述显示模块；
其中，所述第二通信模块，用于接收所述第一通信模块发送的所述测量数据帧并发送给所述第二存储模块进行存储；所述处理器，用于分析所述测量数据帧，得到无人机振动情况信息并发送给所述显示模块进行输出；
所述飞行控制系统，用于根据所述第一通信模块发送的所述测量数据帧，生成对应的控制指令并发送给所述无人机，所述控制指令用于控制所述无人机的飞行过程。
在本申请的一个或者多个实施例中，所述数据采集模块为一个或多个加速度传感器，当所述数据采集模块为多个加速度传感器时，多个所述加速度传感器分别安装在所述无人机的多个预设关键器件或关键部位。
在本申请的一个或者多个实施例中，所述无人机的多个预设关键器件或关键部位包括多个螺旋桨电机旋转轴。
在本申请的一个或者多个实施例中，
所述微控制模块，还用于将所述加速度传感器采集的三轴加速度信息进行解析处理并按照预设帧格式组成测量数据帧，所述测量数据帧包括帧头、帧尾、时间信息和一个或多个三轴加速度信息。
在本申请的一个或者多个实施例中，
所述第二通信模块，还用于将参数配置信息发送给所述第一通信模块；
所述第一通信模块，还用于接收所述参数配置信息并发送给所述微控制模块；
所述微控制模块，还用于根据所述参数配置信息，对所述数据采集模块的测量参数、所述第一通信模块的通信接口参数以及所述测量采集系统的系统参数中的任一项或多项参数进行配置，所述系统参数包括所述预设帧格式。
在本申请的一个或者多个实施例中，所述微控制模块，还用于通过所述第一通信模块从所述飞行控制系统获取全球定位系统时间，将本地系统时间与所述全球定位系统时间进行同步。
在本申请的一个或者多个实施例中，所述测量采集系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述数据采集模块、所述微控制模块、所述第一存储模块和所述第一通信模块电性连接；
所述微控制模块，还用于根据接收的模式选择指令指向的测量模式的类型，控制所述电源模块停止或为所述第一通信模块供电。
在本申请的一个或者多个实施例中，所述微控制模块还用于根据接收的模式选择指令指向远距离自主测量模式时控制所述电源模块停止向所述第一通信模块供电。
在本申请的一个或者多个实施例中，所述微控制模块还用于在所述模式选择指令指向近距离测量模式或远距离飞控对接测量模式时控制所述电源模块为所述第一通信模块供电。
在本申请的一个或者多个实施例中，
所述处理器，还用于将所述测量数据帧进行时域分析，得到所述无人机的振动及冲击在不同时间点的强度，还用于通过快速傅里叶变换计算，将所述测量数据帧进行频域分析，得到所述无人机的振动及冲击的频率和不同频点的强度。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提出的无人机振动及冲击数据采集分析系统包括测量采集系统、上位机处理系统以及飞行控制系统。一方面，本申请的测量采集系统和上位机处理系统均具有存储功能，在近距离测量模式时，测量采集系统通过所述第一通信模块和上位机处理系统的第二通信模块通讯并将数据采集模块采集的信息发送给所述上位机处理系统，可实现实时测量；另一方面，在远距离自主测量模式时，测量采集系统的数据采集模块的振动数据处理成的测量数据帧可以先存储到第一存储模块，在飞行完成后再将测量数据帧下载到上位机处理系统；又或者，在远距离飞控对接测量模式时，通过所述第一通信模块和第二通信模块的实时通讯，飞行控制系统根据预设规则或实时采集的无人机振动数据的解析处理情况实时控制数据采集模块的测量参数，进一步优化各个数据采集模块的测量参数，提高整体测量精度；所述飞行控制系统根据接收所述测量数据帧，对所述无人机的飞行过程进行控制。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请系统实施例的结构框图；
图2为本申请系统实施例的测量数据帧格式示意图；
图3为本申请另一系统实施例的结构框图；
图4为本申请又一系统实施例的结构框图；
图5为本申请再一系统实施例的结构框图；
图6为本申请方法实施例的流程图；
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下通过附图和具体实施方式对本申请做进一步详细说明。
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。
本申请实施例提供的无人机振动及冲击数据采集分析系统100，为无人机振动测量设计，图1为无人机振动及冲击数据采集分析系统的结构框图，如图1所示，本申请实施例提供了一种无人机振动及冲击数据采集分析系统100包括测量采集系统10、上位机处理系统20和飞行控制系统30。
所述测量采集系统10的测量模式包括近距离测量模式、远距离自主测量模式和远距离飞控对接测量模式。
所述测量采集系统10包括：微控制模块12、第一存储模块13、第一通信模块14和一个或多个数据采集模块11，所述微控制模块12分别与所述数据采集模块11、所述第一存储模块13和所述第一通信模块14连接；
其中，所述数据采集模块11，用于采集无人机的振动数据并发送给所述微控制模块12；所述微控制模块12，用于将所述振动数据处理为测量数据帧并发送给所述第一存储模块13进行存储；所述第一通信模块14，用于将所述测量数据帧发送给所述上位机处理系统20，还用于将所述测量数据帧发送给所述飞行控制系统30；
所述上位机处理系统20包括：第二通信模块24、处理器22、第二存储模块23以及显示模块21，所述第二通信模块24电性连接于所述第二存储模块23，所述处理器22分别电性连接于所述第二通信模块24、所述第二存储模块23和所述显示模块21；
其中，所述第二通信模块24，用于接收所述第一通信模块14发送的所述测量数据帧并发送给处理器22，处理器22发送给所述第二存储模块23进行存储；所述处理器22，用于分析所述测量数据帧，得到无人机振动情况信息并发送给所述显示模块21进行输出；
所述飞行控制系统30，用于根据所述第一通信模块14发送的所述测量数据帧，生成对应的控制指令并发送给所述无人机，所述控制指令用于控制所述无人机的飞行过程。
一方面，本申请的测量采集系统10和上位机处理系统20均具有存储功能，在测量采集系统10和上位机处理系统20中都可以对测量数据进行存储，以便后期再次分析使用；在近距离测量模式时，测量采集系统10通过所述第一通信模块14和上位机处理系统20的第二通信模块24通讯并将数据采集模块11采集的信息发送给所述上位机处理系统20，可实现实时测量；另一方面，在远距离自主测量模式时，测量采集系统10的数据采集模块11采集的信息可以先存储到第一存储模块13，在飞行完成后再将采集的信息下载到上位机处理系统20；又或者，在远距离飞控对接测量模式时，通过所述第一通信模块14和第二通信模块24的实时通讯，上位机处理系统20根据预设规则或实时采集的无人机振动数据的解析处理情况实时控制数据采集模块11的测量参数，进一步优化各个数据采集模块11的测量参数，提高整体测量精度；所述飞行控制系统30根据接收所述测量数据帧，对所述无人机的飞行过程进行控制。
其中，图3示意的结构框图为远距离飞控对接测量模式的示意图。图4示意为远距离自主测量模式中的测量采集系统10的结构框图，主要用于无人机远距离飞行过程测量，测量采集系统10完全自主测量，测量数据存储在第一存储模块13中，待完成飞行降落后，将测量数据(测量数据帧)下载到上位机处理系统20中进行分析显示。
其中，如图3所示，上位机处理系统20还包括显示模块21，具体可以为显示器，近距离测量模式中，测量结果即无人机振动情况可在上位机处理系统20的显示模块21上实时分析显示出来。远距离飞控对接测量模式与近距离测量模式时，第一通信模块14和第二通信模块24的硬件实现和通讯方式不同，比如远距离飞控对接测量模式采用无线通信，近距离测量模式时采用有线通讯或者近场通讯。
具体地，上位机处理系统20通常设置在电子设备里，本申请实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于：
(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
(5)其他具有数据交互功能的电子装置。
具体地，上位机处理系统20可设置成上位机的形式，在上位机中安装飞行控制软件程序，运行软件程序执行上述参数设置功能，运算处理模块(处理器22中加载)、显示模块21(在显示器中显示)、第二存储模块23(存储到存储卡)和输出报告，均可为软件方式实现，软件可升级，功能可扩展。
上位机处理系统20和飞行控制系统30之间可进行通信。在一些实施例中，第一通信模块14和第二通信模块24的实现方式为无线通信链路或有线通信链路的任意一种或两种的组合。其中无线通信链路和有线通信链路均为硬件方式实现，接口简单，部署灵活。
具体地，所述数据采集模块11为加速度传感器，优选为三轴加速度计。
一个或者多个数据采集模块11可被分别装配到无人机上的多个关键器件和关键部位，比如螺旋桨或电机的旋转轴上，可以同时进行测量。加速度传感器将采集到的XYZ三个轴向加速度信息发送给微控制模块12，微控制模块12将一个或者多个数据采集模块11采集的加速度信息进行解析处理后，按照如图2所示的预设帧格式组成测量数据帧，再将测量数据帧发送到第一存储模块13进行本地存储，同时将测量数据帧通过无线通信链路或者有线通信链路发送给飞行控制系统30和上位机处理系统20。
具体地，图2为本申请实施例的测量数据帧格式，图2所示测量数据帧包括帧头、时间信息、一个或多个三轴加速度信息和帧尾。帧头包含起始信息和帧数编码信息。时间信息在上位机处理系统20进行测量数据运算分析时需要调用，或者在将测量数据和飞行日志进行全系统的时间同步时调用。三轴加速度信息是核心测量数据。帧尾包含校验方式和截止信息。
在本申请的一些实施例中，所述第二通信模块24，还用于将参数配置信息发送给所述第一通信模块14；所述第一通信模块14，还用于接收所述参数配置信息并发送给所述微控制模块12；所述微控制模块12，还用于根据所述参数配置信息，对所述数据采集模块的测量参数、所述第一通信模块14的通信接口参数以及所述测量采集系统10的系统参数中的任一项或多项参数进行配置，所述系统参数包括所述预设帧格式。
参数配置信息主要分为三类，第一类为测量参数配置，主要包括加速度信息的采样速率、三轴加速度计的滤波方式和量程等参数。可以针对不同测量器件和部位的振动及冲击特点，对各个输入模块分别配置不同的测量参数。无人机上最主要的振动源为螺旋桨电机转动，电机转动转速不同，对应的振动及冲击频率不同，根据理论计算可得出初步测量参数，再经过多次测量分析，可进一步优化各个数据采集模块11的测量参数，给出所述预设参数，提高整体测量精度。飞行控制系统30接收测量参数配置信息，并发送给测量采集系统10的微处理模块12，以便采集系统将10该测量参数配置信息配置在加速度计中。
第二类为通信接口参数配置，主要包括通信的速率、地址和校验方式等参数；测量采集系统10接收飞行控制系统30发送的通信接口参数配置信息，以便测量采集系统10对系统进行通信参数配置。
第三类为系统参数配置，主要包括测量系统和飞行控制系统的时间及预设帧格式等参数；这类参数配置主要应用于前述的远距离飞控对接测量模式。测量采集系统10接收飞行控制系统30发送的系统参数配置信息，通过配置不同的预设帧格式，可实现测量采集系统10与飞行控制系统30的对接，实现双向数据通信。通过配置时间信息，可实现测量采集系统10和飞行控制系统30的时间同步；另外测量采集系统10可通过有线通信链路获得飞行控制系统30的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)时间，实现测量采集系统10和飞行控制系统30的时间同步；便于在完成飞行测量后，将测量采集系统10存储的测量数据和飞行控制系统30存储的飞行日志进行全系统的同步分析处理。
具体地，所述微控制模块12还用于通过所述第一通信模块14和所述第二通信模块24的通讯将所述测量数据帧发送给所述上位机处理系统20，所述第二存储模块23存储所述测量数据帧。
本申请的另一实施例中，所述测量采集系统10还包括电源模块15，所述电源模块15分别与数据采集模块11、微控制模块12、第一存储模块13和第一通信模块14电性连接14。
所述微控制模块12，还用于根据接收的模式选择指令指向的测量模式的类型，控制所述电源模块停止或为所述第一通信模块14供电。
进一步地，接收测量模式选择的方式可以通过设置在测量采集系统10上的硬件按钮接收用户的输入，或者通过软件形式实现，提供给用户选择的选项。
处理器22根据接收的模式选择指令指向的具体测量模式，发送对应操作指令到微控制模块12，当所述模式选择指令指向远距离自主测量模式时控制所述电源模块15停止向所述第一通信模块14供电，降低系统功耗；在所述模式选择指令指向近距离测量模式或远距离飞控对接测量模式时控制所述电源模块向所述第一通信模块14供电。
在近距离测量模式中，第一通信模块14和第二通信模块24的通讯方式为无线通信链路或者有线通信链路均可，本申请对此不做限制。远距离自主测量模式中，无需实时通讯，存储测量数据帧即可。在远距离飞控对接测量模式中，可选择有线通信链路方式通讯。将上位机处理系统20抽象显示，远距离飞控对接测量模式时本申请系统实施例的结构框图如图5所示。
上位机处理系统20通过无线通信链路或者有线通信链路获取测量采集系统10发出的测量数据，此测量数据经过运算处理模块进行时域分析，分析振动及冲击在不同时间点的强度；另外通过快速傅里叶变换计算，进行频域分析，分析振动及冲击的频率和不同频点的强度；运算处理结果可以通过显示模块21直接实时显示，显示方式有数值和图表等多种方式，清晰直观；同时可以将原始数据和运算处理结果存入上位机处理系统20的第二存储模块23。
本申请实施例提供的无人机振动及冲击数据采集分析系统，实现对无人机上关键器件和关键部位的振动及冲击的实时测量分析。除对正常平稳巡航状态的振动检测以外，针对无人机起飞阶段、无人机开伞降落阶段和无人机滑翔降落阶段等大动力和大冲击的特殊工况进行重点测量分析，可对无人机上关键部位结构设计的减震效果进行评估。本申请的测量采集系统10集成度高，数据采集模块11体积小，重量较轻，安装方便，可通过多种固连方式进行装配，装配简单，可同时安装在多个关键器件和关键部位上，实现同步多点测量，测量效率高。
如图6所示，本申请实施例还提供无人机振动及冲击数据采集分析方法，包括：
步骤210、接收模式选择指令；
步骤220、当所述模式选择指令指向远距离自主测量模式时，采集无人机的振动数据，并将所述振动数据处理为测量数据帧存储在本地；
具体地，存储到本地之后，在结束飞行任务后再将测量数据帧导出到上位机处理系统，届时再进行所述上位机处理系统分析所述测量数据帧的操作，得到无人机振动情况信息并输出，完成任务后导出的方式可减少实时通讯的电量损耗。
步骤230、当所述模式选择指令指向远距离飞控对接测量模式时，采集所述无人机的振动数据，将所述振动数据处理为所述测量数据帧，并将所述测量数据帧发送给飞行控制系统，以使得所述飞行控制系统根据所述测量数据帧，对所述无人机的飞行过程进行控制；同时也可以实时分析所述测量数据帧，得到无人机振动情况信息并输出。
步骤240、当所述模式选择指令指向近距离测量模式时，采集所述无人机的振动数据，将所述振动数据处理为所述测量数据帧，并将所述测量数据帧实时发送给上位机处理系统，以使得所述上位机处理系统实时分析所述测量数据帧，得到无人机振动情况信息并输出。
在一些实施例中，当所述测量模式为远距离飞控对接测量模式时，从所述飞行控制系统获取全球定位系统时间，将本地系统时间与所述全球定位系统时间进行同步。
远距离飞控对接测量模式，主要用于无人机远距离飞行过程测量，测量采集系统的测量数据可通过有线通信链路发送至飞行控制系统，参与无人机的飞行过程自动控制。另外测量采集系统可通过有线通信链路获得飞行控制系统的GPS时间，实现测量采集系统和上位机处理系统的时间同步，便于在完成飞行测量后，将测量采集系统存储的测量数据和上位机处理系统存储的飞行日志进行全系统的同步分析处理。
在一些实施例中，所述振动数据包括通过加速度传感器采集的三轴加速度信息，则所述将所述振动数据处理为测量数据帧，具体包括：
将所述三轴加速度信息进行解析处理并按照预设帧格式组成测量数据帧，所述测量数据帧包括帧头、帧尾、时间信息和一个或多个三轴加速度信息。
在一些实施例中，当所述模式选择指令指向远距离自主测量模式时，控制关闭所述第一通信模块；
当所述模式选择指令指向远距离飞控对接测量模式时，接收所述上位机处理系统发送的参数配置信息，并根据所述参数配置信息，对测量参数、通信接口参数以及系统参数中的任一项或多项参数进行配置，其中，所述系统参数包括所述预设帧格式。
在本申请的一个或多个实施例中，将所述测量数据帧进行时域分析，得到所述无人机的振动及冲击在不同时间点的强度，通过快速傅里叶变换计算，将所述测量数据帧进行频域分析，得到所述无人机的振动及冲击的频率和不同频点的强度。
需要说明的是，本申请装置实施例与方法实施例基于相同的发明构思，方法实施例的进一步技术特征也适用于装置实施例，在此不再详述。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提出的无人机振动及冲击数据采集分析方法，根据接收模式选择指令进行不同的操作指令。当所述模式选择指令指向远距离自主测量模式时，采集无人机的振动数据，并将所述振动数据处理为测量数据帧存储在本地；减少通讯带来的电源损耗；当所述模式选择指令指向远距离飞控对接测量模式时，采集所述无人机的振动数据，将所述振动数据处理为所述测量数据帧，并将所述测量数据帧发送给飞行控制系统，以使得所述飞行控制系统根据所述测量数据帧，对所述无人机的飞行过程进行控制；通过实时通讯，实时采集振动数据的并处理成测量数据帧，并将所述测量数据帧实时发送给上位机处理系统，以使得所述上位机处理系统实时分析所述测量数据帧，得到无人机振动情况信息并输出。可进一步优化各个数据采集模块的测量参数，提高整体测量精度；当所述模式选择指令指向近距离测量模式时，采集所述无人机的振动数据，将所述振动数据处理为所述测量数据帧，并将所述测量数据帧实时发送给上位机处理系统，以使得所述上位机处理系统实时分析所述测量数据帧，得到无人机振动情况信息并输出。
当上述各个实施例中的技术方案使用到软件实现时，可以将实现上述各个实施例的计算机指令和/或数据存储在计算机可读介质中或作为可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质。以此为例但不限于此：计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外，任何连接可以适当的成为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光钎光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或者其他远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线和微波之类的无线技术包括在所属介质的定义中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。