GB∕T 38997-2020 轻小型多旋翼无人机飞行控制与导航系统通用要求 GB∕T38997-2020 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

ICS49.090
中华人民共和国国家标准
GB/T38997—2020
轻小型多旋翼无人机飞行
控制与导航系统通用要求
General requirements for the flight control and navigation system ofsmalland lightmulti-rotorunmanned aircraft2020-07-21发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-02-01实施
规范性引用文件
术语、定义和缩略语
术语和定义
缩略语
通用要求
系统组成
功能、性能·
数据记录
环境适应性
电磁兼容性
可靠性
互换性
使用与维护
验证试验
型式试验
出厂检验
标识、包装、运输和贮存
标识·
包装，
GB/T38997—2020
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准由全国航空器标准化技术委员会（SAC/TC435）提出并归口。GB/T38997—2020
本标准起草单位：深圳市大疆创新科技有限公司、一飞智控（天津）科技有限公司、中国航空综合技术研究所、深圳市科比特航空科技有限公司、易瓦特科技股份公司、深圳联合飞机科技有限公司、北京自动化控制设备研究所。
本标准主要起草人：杨肠、曹国杰、赖镇洲、吴冲、胡应东、贾佳、舒振杰、何志凯、卢致辉、车嘉兴、赵国成、陈静、叶川、刘志强。m
1范围
轻小型多旋翼无人机飞行
控制与导航系统通用要求
GB/T38997—2020
本标准规定了轻小型多旋翼无人机（以下简称“无人机”)飞行控制与导航系统的通用要求、验证试验以及标识、包装、运输和贮存要求。本标准适用于轻小型多旋翼无人机（起飞重量在0.25kg～150kg之间)的飞行控制与导航系统设计与制造。其他无人机飞行控制与导航系统可参照执行。规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。包装储运图示标志
GB/T191
GB/T4208—2017外壳防护等级（IP代码）GB/T9254—2008信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB/T17618—2015信息技术设备抗扰度限值和测量方法GB/T35018
GB/T38152
民用无人驾驶航空器系统分类及分级无人驾驶航空器系统术语
民用轻小型无人机系统环境试验方法第5部分：冲击试验GB/T 38924.5
GB/T38924.6
GB/T38924.7
民用轻小型无人机系统环境试验方法第6部分：振动试验民用轻小型无人机系统环境试验方法第7部分：湿热试验
术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T35018、GB/T38152界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
定点悬停
spothover
在未接到任何外部控制指令的条件下，无人机在空中保持相对位置基本不变的状态。3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
GNSS：全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem）IMU：惯性测量单元（InertialMeasurementUnit）SDK：软件开发包（SoftwareDevelopmentKit）GB/T38997—2020
4：通用要求
系统组成
飞行控制与导航系统由飞行控制与管理或信号处理设备、导航传感器和二次电源组成，2功能、性能
4.2.1飞行控制
4.2.1.1一般要求
飞行控制单元应具有以下功能：a）可将无人机的水平、航向、垂直三个控制通道的控制量转换为每个动力单元的控制量：b）水平控制通道的分配优先级应高于航向控制通道和垂直控制通道的优先级。控制分配宜具备对无人机的垂直、水平和航向的三个通道解耦控制和根据动力单元健康状态自动调整控制分配策略的功能。
水平控制功能
水平控制应具有以下功能：
a）可根据姿态、速度和位置指令控制无人机姿态水平速度和位置：b）可限制最大飞行姿态角度、最大水平飞行速度和最远飞行距离；e
c）可抑制水平方向的干扰力。
水平控制宜具备自适应于质量或转动惯量变化和从任意姿态恢复到水平姿态的功能。水平控制性能
除另有规定外，水平控制的均方根误差应满足：定点悬停条件下，1min内的位置控制误差小于1.5m；a)
定点悬停条件下，姿态控制误差小于5°；c
久航速度匀速飞行条件下，控制误差小于久航速度的10%。垂直控制功能
垂直控制应具有以下功能：
可根据垂直速度指令和高度指令控制无人机垂直速度和高度；a）
可限制最大的上升速度、最大的下降速度；b
可限制最大飞行高度；
d）可抑制垂直方向的干扰力
垂直控制宜具备自适应于质量变化或系统动力系统变化的功能垂直控制性能Www.bzxZ.net
除另有规定外，垂直控制的均方根误差应满足：a）定点悬停条件下，1min内的高度控制误差小于1.0m；b）最大上升或下降速度条件下，速度控制误差小于最大上升或下降速度的10%。2
5航向控制功能
航向控制应具有以下功能：
a）可根据航向指令控制无人机的航向；b）可限制无人机最大转动速度：可抑制转动干扰力。
航向控制宜具备自适应于转动惯量变化的功能4.2.1.7航向控制性能
除另有规定外，航向控制的均方根误差应满足：定点悬停条件下，1min内的航向控制误差小于10；a)
b）量
最大转向角速度条件下，控制误差小于最大转向角速度的10%。4.2.2导航
一般要求
导航单元应具备以下功能：
可计算无人机的经纬度、高度、加速度、速度、航向、俯仰、横滚等导航信息；可设置传感器安装位置等参数；b）
可诊断传感器故障；
可提供转动和加速度信息，如IMU信息：d)
可提供持续高度信息，如气压高度信息：可提供绝对定位信息，如GNSS信息。可选功能
导航单元宜具备以下功能：
可提供对地高度信息，如超声波高度信息；可提供相对定位信息，如视觉导航信息；可探测障碍物信息、可飞行区域；可探测温度、气压、磁场等环境信息：可计算导航信息的精度；
可进行改善传感器性能的对准或校准；可防传感器信息篡改；
可管理关键传感器余度；
可接收其他航空器位置信息。
准备时间
GB/T38997-—2020
准备时间包括完成通电、自检、对准、初始定位等，达到导航单元能够正常使用所需要的时间。除另有规定外，准备时间宜不大于2min。4.2.2.4水平位置性能
除另有规定外，位置性能应满足：3
GB/T38997—2020
位置的圆概率误差小于10m；
位置的漂移误差.在1min内小于0.5m。4.2.2.5
高度性能
除另有规定外，高度性能应满足：a)
以起飞点为基准，测量的相对高度与实际相对高度误差小于20m；高度的漂移误差，在1min内小于0.5m。航向性能
除另有规定外，航向性能应满足：航向误差小于10°；
航向的漂移误差，在1min内小于5°。姿态性能
除另有规定外，姿态性能应满足：iKaeeiKAca=
动态条件下，姿态误差不大于3；a)
静止条件下，姿态误差不大于2°4.2.2.8
速度性能
除另有规定外，速度性能应满足：水平速度误差不大于0.5m/s；
垂直速度误差不大于0.3m/s。
传感器性能
导航单元应考虑以下要求保障传感器性能a)
外界温度对IMU的精度影响较大时，采取恒温结构、温度校准等措施；b）
振动环境对IMU的精度影响较大时，采取减震/隔震结构、抗混叠滤波器等措施；c)
选取磁传感器的安装位置时，考虑磁性材料、电流导线产生的磁场干扰的影响；d）选取GNSS传感器的安装位置时，考虑内部电磁干扰的影响；e)
防止气压计传感器被堵塞或因其他外部因素而失效，飞行管理
一般要求
飞行管理应具有以下功能：
可切换手动控制模式和自动控制模式。可判断无人机在地面或空中。
可实时获取或估计剩余续航时间或续航单程。可监控通信链路并在异常情况下采取安全保护措施。d）
可在整个运行周期内对部件(或模块)的异常进行检测、告警和记录。可对穴余的输人输出信号、处理器或设备进行余度管理，指示灯控制：
1）可控制指示灯显示飞机航向信息；2）可控制指示灯显示系统状态信息，如控制模式、故障信息等。4.2.3.2起飞管理
无人机起飞阶段管理应具有以下功能：GB/T38997—2020
可在起飞前检测传感器、能源、动力单元等安全相关模块的状态及限飞区域，采取告警、阻止起a）
飞、限制飞行高度等保护措施。b）可在起飞前对地面坡度检测并采取相应保护。坡度超过指定角度可阻止起飞。c
可在垂直起飞过程中保持无人机没有水平漂移d）起飞任务失败检测及保护：
1）起飞过程中无人机姿态侧翻超过指定角度或浆叶打击地面时，可停止动力单元工作；2）起飞过程持续时间超过指定时间未能离开地面时，可自动停止起飞任务。可在位置信息已知的情况下记录起飞点位置和高度信息。e）
可监控起飞点关键环境信息（如温度、海拔、地磁干扰等），可在环境不良时采取保护措施，航行管理
无人机航行阶段管理应具有以下功能：a）可提供有效控制，维持飞行过程平稳：C
自动规划飞行任务时，能考虑能源、飞行环境、飞行能力等因素的限制。b）
可在自动控制模式下按预设航线飞行。d）
可在手动控制模式下能对遥控操作及时响应e)
可在无遥控操作时先自动刹车然后进入定点悬停状态。可防止飞人或停留在限飞区：
可根据与限飞区的距离远近采取不同等级的告警策略：2）
可防正进人限飞区并给出告警提示：在限飞区内部的情况下，可自动采取合理的安全措施；3）
可限制飞行高度不超过限飞区最大允许高度；4）
可接收临时限飞区信息并进行相应处置；5）
可防止篡改。
无人机航行阶段管理宜具有自动避让和防撞控制的功能。4.2.3.4降落管理
无人机降落阶段管理应具有以下功能：a）剩余能源达到仅够降落的临界情况时，可主动触发降落；b）降落到地面附近时，可降低下降速度，防止撞击地面；降落过程中可手动调整无人机的位置，以选择合适的降落点；c）
可设定安全的降落速度.防止下降速度过快导致姿态控制受气流扰动影响；d)
e）可自动降落到设定降落点，偏差≤10m。无人机降落阶段管理宜具备检测降落点是否适合降落和视觉传感器辅助精准降落的功能。5
GB/T38997—2020
数据记录
数据要求
飞行控制与导航系统
飞行控制与导航系统应能够以》10Hz的频率向机载数据记录系统提供如下信息：a)
导航数据；
飞行控制模式；
遥控控制信息；
飞行状态信息；
系统故障信息：
系统告警信息；
其他要求的信息。
地面控制单元
无人机系统地面控制单元配备了地面数据记录系统时，飞行控制与导航系统应能够以≥1Hz的频iKaeeiKAca
率向地面控制单元发送如下信息：a)
导航数据；
飞行控制模式：
遥控控制信息；
飞行状态信息；
其他要求的信息
记录要求
飞行控制与导航系统宜集成机载飞行数据记录功能，应满足以下要求a)
可实时飞行数据记录；
可记录最近至少3个架次的飞行数据；可采取信息安全措施，防止篡改和删除；可被正确和完整地拷贝：
可被规定的数据分析工具正确而完整的读取和解析；当飞行数据记录的读写和记录出现异常时，可限制无人机起飞并提供必要的警告信息；可采取时间序列格式进行飞行数据记录；可循环记录。
4接口
4.4.1一般要求
飞行控制与导航系统制造商应制定相关的接口技术规范，应规定以下信息：a）
接口的类型与数量；
接口所支持的设备；
相关的电气特性、机械特性、接口标识和接口通信；d）功能与性能描述；
e）接插件和线材等。
4.4.2电气特性
GB/T38997—2020
飞行控制与导航系统应对所有电气接口特性进行定义。除另有规定外，电气接口特性一般包括：a）
供电方式：
b）适用供电电压范围；
供电电压波动及抗干扰要求；
接口信号工作频率及范围：
信号接口电平及范围，电源接口工作电流范围；接口信号波形和极性；
信号的输出方和输人方
适用功率范围；
阻抗与绝缘阻抗；
冲击电压要求。
对于支持用户操作的接口，宜采取防反接电气设计和热插拔保护设计。对于向外供电接口，宜采取防短接设计和电流防倒灌设计。4.4.3机械特性
机械接口应考虑如下要求：
接口防插错，如采取防反插设计、防插错设计，接口标识等：b）
防腐与防锈；
c）对于用户经常操作的机械接口，在规定的使用条件下和预期的使用时间内，接口与连接器之间可靠连接；
d）接口与连接器能够抵御在正常运输、搬运和飞行中所可能遭遇的振动、冲击等不利机械环境条件的影响。
4.4.4接口标识
接口标识应考虑如下要求：
a）标有符合要求的接口标识：
b）不可插拔的接口标有禁止插拔标识；外部接口标识语义明确、字体/图形清晰无歧义、位置合适、易于观察、耐磨，c）
4.4.5通信要求
接口通信分为常规接口通信、SDK接口通信、飞行监管接口通信等。接口之间通信通常采取特定协议进行封装，并具有数据校验功能和对流量、丢包与错包的监控功能。
对于某些需要防止恶意篡改的信息，如导航卫星信息、限飞数据等，系统应采取可靠的信息安全措施，如签名认证、信息加密等技术。4.4.6飞行监管接口
飞行控制与导航系统应能够提供符合要求的飞行监管数据，并满足相关的飞行监管接口要求。GB/T38997—2020
SDK一般采取应用程序编程接口的方式，外部设备以一定频率向SDK发送控制指令数据，SDK根据接收到的控制指令来控制无人机按照规定要求飞行。SDK至少应满足以下要求a）可认证外部开发人员身份：
1）可离线身份验证与管理；
2）可进行权限管理。
可防止位置信息、最大飞行高度参数、限飞区域等安全功能相关的数据被改。c
可防止地理围栏、飞行监管、飞行高度限制等安全功能被关闭。d)
可推送认证数据，能防止读写超出权限的数据。可实时监控异常，并进行相应保护e)
环境适应性
4.5.1高温贮存
在70℃环境下贮存24h，恢复到适用的工作环境条件后，功能应正常。4.5.2高温工作
在设备制造商规定的最高工作温度（Tmax）下连续工作24h，功能应正常。4.5.3低温贮存
在一30℃环境下贮存24h，并恢复到适用的工作环境条件后，功能应正常。4.5.4低温工作
在设备制造商规定的最低工作温度（T）下连续工作24h，功能应正常。4.5.5温度变化
温度变化在T与T之间设备连续工作2h（温升速率3℃/min，降温速率1℃/min）.循环3次，功能应正常。
4.5.6温度冲击
在一30℃～70℃环境下贮存，温度转换时间不大于5min，每个温度点保持60min，循环5次，功能应正常。
4.5.7湿热
按照GB/T38924.7进行试验，功能应正常。4.5.8振动
按照GB/T38924.6进行试验，功能应正常。4.5.9冲击
按照GB/T38924.5进行试验，功能应正常。8
防护等级
防护等级应符合GB/T4208—2017中IP5X要求。4.6
6电磁兼容性
飞行控制与导航系统的电磁兼容需考虑与无人机系统的匹配与兼容，应满足：辐射骚扰应符合GB/T9254—2008中A级要求；a）
b）静电放电抗扰度应符合GB/T17618—2015；c）射频电磁场辐射抗扰度应符合GB/T17618—2015。4.7可靠性
GB/T38997—2020
系统可靠性设计一般制定产品的可靠性设计准则，按需开展可靠性分配、预计和验证工作，宜包括：a）考虑相应可靠性指标，包括使用寿命、平均故障间隔时间等；b）对设计进行故障模式、影响及危害性分析，对关键元器件或电路进行容差分析；c）根据重量、体积、经济性、基本可靠性与任务可靠性等进行权衡分析4.8互换性
飞行控制与导航系统中相同的组件应符合互换性要求，同一型号（或代号）的组件应具有互换性。4.9
使用与维护
4.9.1固件版本管理与升级
4.9.1.1版本管理
飞行控制与导航系统的固件版本管理与升级，应满足以下要求：对于每一个独立的固件，应具有唯一的版本编号；a）
固件命名方法应合理，不同固件之间的名称应不易产生混淆；c）
固件升级或发生变更后，版本编号应随之变化；d）：具有固件版本检查和匹配性校验功能4.9.1.2
固件升级
为了保证固件升级的完整性和正确性，应具有以下功能：a）
可检查校验固件数据、升级过程的完整性与正确性；b）
固件升级异常中断后可继续升级和断点续传；c)
可防止在固件下载中、下载后和升级过程中，对固件内的数据进行篡改；d）可指示升级进度和告警异常。4.9.2用户调试与安装支持
为了满足不同用户群体和各种情况下的系统调试和安装需求，飞行控制与导航系统宜支持调试以下参数或功能
a）水平控制、垂直控制与航向控制的操纵灵敏度；b）失联、能源不足等紧急情况保护功能；c
自动返航功能；
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