一种无人机地面站控制系统的制作方法

本发明涉及无人机控制领域，特别是涉及一种无人机地面站控制系统。

背景技术：

无人机技术在侦查监控、数据采集、遥测勘探等多个领域都有着巨大的应用前景。无人机地面站是无人机系统的重要组成部分，提供对无人机指挥控制和保证机地数据通信。

无人机地面站的主要功能包括：通过输入设备采集对无人机、机上任务载荷和通信链路设备的控制信息，将以上控制信息组合成为标准的控制指令发送至无人机和链路设备；实时接收无人机、机上任务载荷和通信链路设备的遥测数据，将以上数据解析并以图表等形式反映给无人机操控人员；编辑规划无人机飞行任务航线。现有无人机地面站在同一软件中综合实现以上功能，不能根据实际应用需要整合各项功能。本发明将以上功能拆分至各个模块中分别执行，能够根据应用需求场景灵活配置，从而简化地面站的软硬件构成，节省资源。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可配置的模块化的无人机地面站控制系统，本系统将无人机地面站的功能模块化分解，分解后的子功能模块能够自由组合，灵活分配所需的软硬件，有效的简化地面站构成，避免资源的浪费。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种无人机地面站控制系统，所述系统包括计算机、交换机、链路设备、信号采集设备、控制面板、外部控制器和显示器，其中链路设备与交换机连接，交换机、链路设备、信号采集设备分别与计算机连接，控制面板、外部控制器分别与信号采集设备连接，计算机连接显示器，其特征在于，所述计算机上安装有控制程序，控制程序包括下行数据管理程序、飞行控制程序、链路控制程序、航迹规划/显示程序、任务载荷控制程序和其它扩展程序；其中下行数据管理程序用于接收遥测数据和任务载荷数据，并将这些数据分别传输至飞行控制程序、链路控制程序、航迹规划/显示程序、任务载荷控制程序和其它扩展程序，同时将这些数据进行本地保存和读取，实现回放功能；飞行控制程序用于接收链路控制程序、航迹规划/显示程序、任务载荷控制程序和其它扩展程序的遥控指令数据，并由飞行控制程序发出遥控指令帧，同时飞行控制程序将这些数据进行本地保存和读取，实现回放功能；链路控制程序向天线发送控制指令。

本系统实现的主要功能如下：

（1）.下行数据管理程序的主要功能包括：遥测数据的接收和分发、遥测数据的本地保存和读取、任务载荷数据的接收和分发、任务载荷数据的本地保存和读取。

（2）.飞行控制程序的主要功能包括：飞行控制指令的采集、遥控指令复接发送、与无人机飞行相关的遥测信息的显示、遥控数据的本地保存和读取、遥测遥控原始数据显示等。

（3）.链路控制程序的主要功能包括：机地数据链路的遥测遥控、地面天线的控制。

（4）.航迹规划/显示程序的主要功能包括：航线规划、航点/航线指令采集、地理位置和航迹显示。

（5）.任务载荷控制程序的主要功能包括：任务载荷设备指令采集、任务载荷设备数据显示。

本发明的有益效果是：根据无人机地面站系统的主要功能特点，将各功能进行模块化拆分，使各功能能够根据实际任务需求和硬件资源条件进行组合，实现了地面站系统的灵活配置。

附图说明

图1为本系统的软件构成关系图；

图2为本系统的硬件构成关系图；

图3为本系统的下行数据管理程序流程图；

图4为本系统的飞行控制程序流程图；

图5为本系统的链路控制程序流程图；

图6为本系统的航迹规划/显示程序流程图；

图7为本系统的任务载荷控制程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，本系统的软件部分包括：飞行控制程序101、链路控制程序102、航迹规划/显示程序103、任务载荷控制程序104、其它扩展程序105、下行数据管理程序106。本系统软件部分的详细工作方式如下：

参照图3，本系统的下行数据管理程序有以下步骤：首先通过链设备接收来自无人机的遥测数据帧，其中包括遥测数据和任务载荷数据，若收到遥测数据，则解析该遥测数据帧，提取出与通信链路相关的遥测数据、与航迹相关的遥测数据、与无人机飞行状态相关的遥测数据、与任务载荷相关的遥测数据及与其它扩展程序相关的遥测数据，然后分别发送至链路控制程序、航迹规划/显示程序、飞行控制程序、任务载荷控制程序及其它扩展程序，然后返回继续接收来自无人机的遥测数据帧；若未收到遥测数据，则直接返回继续接收来自无人机的遥测数据帧。

下行数据管理程序106通过数据链设备接收来自无人机的遥测数据帧，其中包括遥测数据和任务载荷数据。下行数据管理程序106解析该遥测数据帧，提取出与通信链路相关的遥测数据、与航迹相关的遥测数据、与无人机飞行状态相关的遥测数据、与任务载荷相关的数据及与其它软件相关的遥测数据，分别发送至链路控制程序102、航迹规划/显示程序、飞行控制程序101、任务载荷控制程序104及其它扩展程序105。此外，下行数据管理程序106还可以将原始遥测帧或解析得到的各遥测数据、任务载荷数据保存至本地文件中。下行数据管理程序106可以读取曾经保存在本地文件中的以上数据，实现回放功能，如图3所示。

参照图4，本系统的飞行控制程序有以下步骤：该程序首先从三个渠道接收数据：一是接收从下行数据管理程序发送来的遥测数据；二是接收操作人员输入的遥控数据；三是接收其它扩展程序发送来的遥控数据，若接收到从下行数据管理程序发送来的与无人机飞行状态相关的遥测数据，则在软件界面上显示飞行状态变化，然后返回继续接收遥测数据；若没接收到从下行数据管理程序发送来的与无人机飞行状态相关的遥测数据，则直接返回继续接收遥测数据；若接收到操作人员输入的遥控数据，同时接收到其它扩展程序发送来的遥控数据，则将接收到的遥控数据组合成遥控指令，然后发送遥控指令给链路设备，同时在软件界面上显示，然后分别返回继续接收遥控数据；如果没接收到操作人员输入的遥控数据，也没接收到其它扩展程序发送来的遥控数据，则分别直接返回继续接收遥控数据。

飞行控制程序101从下行数据管理程序106接收与无人机飞行状态相关的遥测数据，在软件界面上以数字、图表的形式显示出来，供操作人员了解无人机飞行状态。操作人员可以通过飞行控制程序101的软件界面输入遥控指令控制无人机的飞行。飞行控制程序101的另一个重要作用是收集来自链路控制程序102、航迹规划/显示程序103、任务载荷控制程序104和其它控制程序的遥控指令数据，连同自身采集的遥控指令组合成统一的遥控指令帧发送至链路设备，进而遥控无人机。此外，飞行控制程序101还可以对以上的遥控指令数据进行本地保存和读取，如图4所示。

参照图5，本系统的链路控制程序有以下步骤：该程序首先从两个渠道接收数据，一是接收从下行数据管理程序发送来的遥测数据；二是接收操作人员输入的遥控数据；若接收到从下行数据管理程序发送来的与链路相关的遥测数据，则在软件界面上显示链路状态变化，然后返回继续接收遥测数据；若没接收到从下行数据管理程序发送来的与链路相关的遥测数据，则直接返回继续接收遥测数据；若接收到操作人员输入的遥控数据，则处理遥控数据；接下来判断是否向伺服天线发送控制指令，若是则将控制指令发送至伺服天线，若不是则将控制指令发送至飞行控制程序；同时在软件界面上输入控制指令控制链路设备；若没接收到操作人员输入的遥控数据，则直接返回继续接收遥控数据。

链路控制程序102从下行数据管理程序106接收与链路相关的遥测数据，在软件界面上以数字、图表的形式显示出来，供操作人员了解链路工作状态。操作人员可以通过链路控制程序102的软件界面输入控制指令控制链路设备。以上控制指令中包括对地面伺服天线的控制指令，这部分指令由链路控制程序102直接发送至伺服天线控制设备。其它与链路相关的控制指令由链路控制程序102发送至飞行控制程序101进行统一组帧，如图5所示。

参照图6，本系统的航迹规划/显示程序有以下步骤：该程序首先从两个渠道接收数据，一是接收从下行数据管理程序发送来的遥测数据；二是接收操作人员输入的遥控数据；若是接收到从下行数据管理程序发送来的与航迹相关的遥测数据，则在软件界面上显示飞行航迹变化，然后返回继续接收遥控数据；若没接收到从下行数据管理程序发送来的与航迹相关的遥测数据，则直接返回继续接收遥控数据；若接收到操作人员输入的遥控数据，则处理遥控数据，然后将遥控数据发送至飞行控制程序；同时在软件界面上显示飞行航迹变化；如果没接收到操作人员输入的遥控数据，则直接返回继续接收操作人员输入的遥控数据。

航迹规划/显示程序103从下行数据管理程序106接收与航迹相关的遥测数据，在软件界面上结合当地地图将无人机的所在位置和航迹显示出来。操作人员可以通过航迹规划/显示程序103的软件界面编辑航迹航点。航迹航点的变更情况以控制指令的形式由航迹规划/显示程序103发送至飞行控制程序101进行统一组帧，如图6所示。

参照图7，本系统的任务载荷控制程序有以下步骤：该程序首先从两个渠道接收数据，一是接收从下行数据管理程序发送来的任务载荷采集的遥测数据；二是接收操作人员输入的遥控数据；若是接收到从下行数据管理程序发送来的任务载荷采集的遥测数据，则在软件界面上显示任务载荷内容和状态，然后返回继续接收遥测数据；若没接收到从下行数据管理程序发送来的任务载荷采集的遥测数据，则直接返回继续接收遥测数据；若接收到操作人员输入的遥控数据，则处理遥控数据，然后将遥控数据发送至飞行控制程序；同时在软件界面上显示任务载荷内容和状态；如果没接收到操作人员输入的遥控数据，则直接返回继续接收操作人员输入的遥控数据。

任务载荷控制程序104从下行数据管理程序106接收任务载荷采集的数据。根据不同任务载荷数据在软件界面以不同形式呈现给操作人员。以视频图像信息为例，任务载荷控制程序104将原始视频图像数据解码显示。操作人员可以通过任务载荷控制程序104的软件界面输入对任务载荷的控制指令。以上指令会被发送至飞行控制程序101进行统一组帧，如图7所示。

其它扩展程序105作为对地面站控制系统功能的扩展，可以灵活的添加。这部分程序从下行数据管理程序106接收遥测数据，以特定方式将遥测数据呈现给操作人员。操作人员可以通过这部分程序输入控制指令，实现对扩展功能的操作。以上控制指令数据会被发送至飞行控制程序101进行统一组帧。

以上所述的本系统的各个软件可以灵活的增减，在满足实际任务需求的情况下，对地面站控制系统进行优化裁剪，避免资源浪费。

参照图2，本系统的硬件部分包括：链路设备201、交换机202、计算机203、显示器204、信号采集设备205、控制面板206和外部控制器207。

本系统硬件部分的详细工作方式如下：

本系统的链路设备201通过伺服天线建立无人机与地面站之间的通信链路，负责向无人机发送遥控指令帧和接收遥测数据帧。链路设备201通过串口与计算机203连接，直接接收遥控指令帧和发送数据量较小的遥测数据帧。链路设备201还可以通过TCP/IP协议向计算机203发送数据量较大的任务载荷数据。

对于系统中只有一台计算机的情况，无需交换机202，链路设备201与计算机203可直接建立TCP/IP连接。对于系统中有多台计算机的情况，需要交换机202保证链路设备201与计算机203间的TCP/IP连接。

本系统的计算机203中运行上述的各个子程序，与链路设备通过串口或TCP/IP协议连接，接收遥测数据帧和发送遥控指令帧。计算机203通过串口与信号采集设备连接，接受来自控制面板和外部控制器的遥控指令信号。飞行控制程序101会将以上信号中的遥控指令数据连同其它遥控指令数据统一组帧。根据软件需求和硬件资源，本系统可以采用单一计算机或多台计算机连接交换机协同工作。交换机负责保证各计算机和链路设备的数据交换。此外，计算机203和显示器204连接，软件界面显示遥测信息，采集遥控指令数据。

本系统的信号采集设备205通过串口与计算机203连接，负责采集从控制面板或外部控制器输入的遥控指令信号。控制面板206通过其上的键盘、鼠标、按钮、旋钮、摇杆等设备采集操作人员输入的遥控指令信号。外部控制器207与地面站箱体分离，与信号采集设备通过有线或无线方式连接，可以选择飞机遥控器或其它设备，通过其上的按钮、旋钮、摇杆等设备采集操作人员输入的遥控指令信号。

本系统的控制面板206位于地面站箱体上，供操作人员输入控制指令。外部控制器207位于地面站箱体之外，供操作人员远程输入控制指令。显示器负责显示各子程序内容。根据子程序运行需求可采用单个显示器显示，或多个显示器分别显示。