01.無人機的“大腦”：任務管理計算機（MMC）
從飛播造林到物流運輸，從空中游覽到交通出行……作為我國新質生產力的典型代表，低空經濟產業正以前所未有的速度發展豐富和擴充應用場景，“飛入”人們的生產生活。
資料顯示，2023年我國低空經濟規模達5059.5億元，增速高達33.8%。預計到2025年，低空經濟市場規模將達1.5萬億元，到2035年有望達3.5萬億元。隨著技術進步和政策開放，低空經濟已展現出巨大的市場潛力和應用前景。
科技創新是低空經濟發展的核心驅動力。我國已成為全球民用無人機第一大專利技術來源國，無人機的核心元件——任務管理計算機（Mission Management Computer, MMC）的重要性日益顯著。MMC扮演著無人機“中樞”的角色，負責飛行控制、感測器資料管理、任務規劃與實施等關鍵功能，以及與地面控制站及其他系統之間的資訊交換，用於確保無人機獨立且高效地執行復雜多樣的任務，並與地面控制站、其他無人機或體系實現緊密無間的協同作業。
02.MMC的起源
任務管理計算機（即MMC）的概念最早出現在20世紀70年代至80年代的軍用飛機和航天器中，當時先進的作戰飛機和衛星系統需要一種計算平臺來管理飛行過程中的任務執行與資料處理。這類計算機最早應用於美國的F-16戰鬥機和太空梭，以執行導航、武器控制、感測器管理等任務。
無人機領域中，2000年的美國的“捕食者”（MQ-1 Predator）無人機是任務管理計算機概念的初步應用。隨著無人機在各類國防和民用領域執行任務的複雜性不斷增加，傳統遙控式操作無法應對實時需求，任務管理計算機逐漸成為大型無人機系統的核心元件，為其提供自主飛行和任務執行能力。
03.MMC在無人機中的作用與重要性
3.1 任務規劃與控制
MMC能根據預先制定的任務計劃，控制無人機的飛行路徑、導航方式和目標執行時間，主要有：
根據實時接收到的資料動態調整任務計劃，以應對工作環境的變化。
- 自動生成和調整飛行路徑。
- 在飛行過程中最佳化任務執行，如巡邏、偵察等任務。
3.2 資料處理與感測器融合
無人機通常配備多種感測器，如雷達、紅外成像、光學攝像頭等。MMC負責對這些感測器採集的資料進行實時融合與分析，為無人機的自主決策和地面控制站提供高質量的情報。
- 處理和融合多源資料，生成綜合態勢感知資訊。
- 實時傳輸關鍵資料給地面指揮中心。
3.3 多平臺通訊，協同執行任務
在現代化應用中，無人機不再單獨行動，而是需要與其他無人機、有人駕駛飛機、地面基站或衛星系統進行協同工作。MMC透過通訊匯流排（如1553B和RS422）與地面站或其他平臺進行通訊，實現資訊共享和任務協調。
- 實現與其他平臺的聯動。
- 接收或傳送任務指令和任務更新。
3.4 飛行控制與自主決策
除了任務管理，MMC還負責部分飛行控制功能，如飛行姿態、航向調整和避障等。現代無人機具備一定的自主決策能力，MMC負責根據感測器資料判斷飛行環境，並自主選擇最優路徑或執行策略。
- 實時避障和航線調整。
- 在斷開與地面站聯絡時，自主完成任務或安全返回。
3.5 故障檢測與系統容錯
在無人機執行任務時，MMC還負責監控系統的狀態，檢測潛在故障並作出應對措施。例如，當通訊中斷或某感測器失效時，MMC會採取冗餘方案或啟用備用裝置，確保任務的順利完成。
- 檢測感測器和通訊鏈路狀態。
- 執行緊急方案，如返航或降落。
04.數字孿生：為MMC開發帶來哪些核心價值？
由於MMC涉及多個複雜模組和通訊介面，其開發和測試需要大量的硬體、時間以及人力。基於全數字實時模擬的數字孿生是這些難題的有效解決方案，能夠讓開發和測試變得高效、便捷。
天目全數字實時模擬軟體SkyEye是一款基於視覺化建模的硬體行為級模擬平臺，專為應對複雜嵌入式系統的挑戰而設計，旨在提供全面且可靠的數字孿生解決方案。
在MMC的研製程序中，SkyEye為MMC打造了一個高度精確且接近實際的虛擬化執行環境：該平臺支援多種匯流排協議如1553B、RS422等的通訊模擬，滿足了無人機系統複雜的通訊需求。
以某型號無人機為例，基於SkyEye的全數字任務管理計算機可以模擬不同場景下的通訊測試，以驗證任務管理計算機的協議棧和業務邏輯，進一步提高測試的準確性和可靠性。同時還支援多種通訊協議的模擬和測試，這意味著，無論無人機使用的是哪種通訊協議，都可以透過SkyEye進行全面的測試和最佳化，確保通訊系統在各種場景下都能穩定、可靠地工作。
4.1 提高測試效率，覆蓋複雜場景
驗證匯流排通訊的完整性和一致性
MMC系統通常透過1553B、RS422等匯流排與其他裝置（如感測器、地面站）進行通訊。模擬可以模擬多種匯流排協議的工作環境，確保MMC在不同情況下的通訊準確性。
- 資料幀格式檢查：驗證MMC是否按協議傳送和接收符合標準的資料幀。
- 多節點通訊模擬：模擬多個裝置同時在同一匯流排上工作，測試MMC的多節點通訊處理能力。
邊界情況和異常場景測試
數字孿生可以方便地模擬各種極端和異常場景，以驗證MMC的容錯和應急處理能力。這在真實硬體環境中往往較難實現。
- 通訊中斷：測試MMC如何應對通訊中斷，是否能及時啟動備用通訊鏈路或進入安全模式。
- 匯流排衝突檢測：確保MMC能檢測到匯流排上的多裝置衝突並採取措施避免資料錯亂。
- 錯誤注入測試：注入錯誤幀或無效資料，測試MMC是否能正確識別並過濾異常資料。
提前發現設計缺陷，減少開發週期
允許開發團隊在實際硬體到位前，對系統的關鍵模組進行預先測試。這可以在早期階段發現設計缺陷，從而減少開發後期的返工。
- 軟硬體聯調前的預測試：在軟體完成後立即測試通訊功能，確保軟體和匯流排協議的一致性。
- 協議棧最佳化：評估不同協議棧的效能，並在不影響實際硬體的情況下最佳化協議棧。
測試“降本增效”
- 並行測試：在一臺電腦上並行模擬多個通訊節點，大幅提高測試效率。
- 減少硬體依賴：避免頻繁使用昂貴的測試裝置和原型機，降低開發和測試成本。
匯流排負載與效能分析
可以模擬高負載條件，測試MMC在通訊匯流排大量資料傳輸下的效能表現。
- 匯流排頻寬利用率測試：評估不同任務條件下匯流排的利用率，最佳化資料傳輸方案。
- 延遲分析：測量資料傳輸延遲，確保關鍵資料能按時送達。
提升系統的可靠性和穩定性
- 壓力測試：在模擬環境中模擬長時間高負載執行，驗證MMC的穩定性。
- 冗餘機制驗證：測試MMC的冗餘通訊設計，確保在部分裝置失效時系統仍能正常執行。
4.2 加速整合除錯，減少系統整合難度
透過模擬平臺，MMC與外部裝置的通訊可以在硬體製造完成之前得到驗證，確保1553B、RS422等通訊匯流排的協議準確性。提前解決整合階段可能遇到的問題，避免交付前的瓶頸。
- 在模擬中測試與外部裝置的通訊相容性。
- 提前發現並解決協議等通訊問題。
4.3 並行開發，加速產品交付
傳統開發流程中，硬體和軟體通常需要依賴物理樣機進行聯調。數字孿生可以使軟體和硬體開發團隊並行工作，加快整體開發進度。供應商也可提前除錯通訊裝置，縮短專案週期。
- 軟體團隊可在模擬環境中除錯協議棧和業務邏輯。
- 外部裝置供應商可藉助模擬平臺提前測試裝置的相容性。
4.4 最佳化效能，確保系統穩定執行
透過模擬測試團隊可以在開發早期發現系統的效能瓶頸，包括匯流排負載、系統吞吐量等問題，確保MMC系統的高效執行。
- 分析不同任務負載下系統的效能表現。
- 最佳化通訊路徑，提升任務執行效率。
4.5 支援培訓與維護，降低運維成本
模擬軟體不僅是開發工具，還可以作為工程師的培訓平臺，幫助團隊在不依賴硬體的情況下熟悉系統，還可用於復現問題、測試補丁，快速驗證修復效果。
- 在模擬環境中模擬故障，幫助制定維護方案。
- 提供培訓平臺，提高團隊應急響應能力。
05.使用者收益：高效、安全、可靠的MMC系統開發與測試
透過數字孿生，使用者可以大幅提升開發和測試效率，在專案早期階段發現並解決問題，減少硬體迭代和現場測試的依賴。同時，模擬軟體能夠模擬各種複雜場景，確保系統的高可靠性，為MMC系統的穩定執行提供堅實保障。可以說，數字孿生工具已成為無人機研發領域團隊在軟體除錯與測試階段不可或缺的理想工具。