一种无人机地面监控系统及方法与流程

文档序号：18455416发布日期：2019-08-17 01:33阅读：609来源：国知局

本发明涉及无人机监控技术领域，尤其涉及一种无人机地面监控系统及方法。

背景技术：

随着科技的发展，无人机技术不仅在军事上得到了广泛的应用,而且在民用方面也得到了普遍重视。在森林防火、农药喷晒、电力巡线、边境巡视等等方面得到了广泛的应用。建立有关无人机的飞行、控制以及评估的仿真系统已经成为各国的共识。我国无人机起步虽然较晚，但近年来发展迅速。

无人机地面站系统是无人机系统的指挥控制中心，用于辅助地面操作人员对无人机进行飞行状况监视和实时控制。然而，现有技术中的无人机地面站系统在使用过程中往往存在不够直观、操作复杂、使用不便的问题，现有技术中缺少一种操作简单、能够直观反映无人机飞行状况以便操作人员使用的无人机地面站系统。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机地面监控系统及方法，能够能够直观反映无人机飞行状况且操作简单。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种无人机地面监控系统，其特征是，包括：

飞行任务设定模块，所述飞行任务设定模块用于飞行任务指令的设定；

自驾仪参数调节模块，所述自驾仪参数调节模块用于在线调试自驾仪的系统控制参数；

串口数据收发模块，所述串口数据收发模块用于接收无人机发送的各项状态数据，同时将地面监控系统设定的飞行任务指令、自驾仪的系统控制参数上传至无人机的自驾仪；

地图显示模块，所述地图显示模块用于显示无人机的飞行路线和航点航线信息；

姿态显示模块，所述姿态显示模块用于将无人机的飞行姿态以动态图形的方式显示出来；

飞机数据显示模块，所述飞机数据显示模块用于显示无人机的gps信息和航点信息、用于删除、上传、下载航点信息；

曲线图绘制模块，所述曲线图绘制模块用于将无人机的飞行实时数据与目标数据分别绘制成曲线图并进行显示。

在本发明的另一个方面中，所述飞行任务设定模块的任务指令设定方式包括一键起飞、一键返航、一键降落以及一键停车。

在本发明的另一个方面中，地图显示模块用于按照特定的飞行模式显示无人机的飞行路线和航点航线信息，所述飞行模式包括手动增稳模式、定高模式、定点模式、自动返航模式、航点飞行模式、地图指点飞行模式、自动起飞模式和自动降落模式。

在本发明的另一个方面中，所述曲线图横坐标为时间轴，纵坐标为实时飞行数据或目标飞行数据，所述实时飞行数据和目标飞行数据为滚转值、俯仰值、方向值和空速值中的一种。

在本发明的另一个方面中，还包括显示界面，所述显示界面包括菜单栏、工具栏、地图显示区、状态栏、姿态显示区，飞行信息显示区以及自驾仪参数调节区。

在本发明的另一个方面中，所述地图显示区用于显示无人机的飞行路线，所述地图显示区运用不同色彩航迹线标记不同飞行模式，所述地图显示区用于添加飞行任务航点、引导点。

在本发明的另一个方面中，所述状态栏用于显示当前串口状态、当前命令、gps状态、飞行模式、保存状态、鼠标所在地图处的经纬高度值、距home点距离、总航程预估时间、到目标点预估时间。

在本发明的另一个方面中，所述姿态显示区用于以动态图形的方式实时显示无人机的飞行姿态，所述动态图形包括实时的俯仰角参数、实时的滚转角参数以及实时的方向角参数。

一种无人机地面监控方法，其特征是，包括：

无人机向设于地面的监控系统的串口收发模块发送无人机实时飞行数据；

地面的监控系统通过地图显示区按照不同的飞行模式显示无人机的飞行路线和无人机飞行航点航线信息；

地面的监控系统通过姿态显示区以动态图形的方式显示无人机的飞行姿态；

地面的监控系统通过飞行信息显示区显示无人机的gps信息和航点信息，删除、上传、下载航点信息；

地面的监控系统通过曲线图绘制模块将无人机的飞行实时数据与目标数据分别绘制成曲线图并进行显示；

地面的监控系统通过飞行任务设定模块设定飞行任务指令并通过串口收发模块将飞行任务指令数据上传至无人机；

地面的监控系统通过自驾仪参数调节模块在线调试自驾仪的系统控制参数并通过串口收发模块将系统控制参数数据上传至无人机。

在本发明的另一个方面中，所述动态图形包括俯仰滚转姿态展示图和方向图。

本发明的有益效果是：

这种无人机地面监控系统及方法具有航线规划、地图显示、姿态显示、gps信息显示、参数调节的功能；直观清晰的再现了无人机的飞行路线，飞行姿态信息等，有利于提高效率；能够直观反映无人机飞行状况且操作简单。

本发明的一个方面带来的有益效果是，通过在飞行任务设定模块设置一键起飞、一键返航、一键降落以及一键停车等任务指令，使得无人机的操作更加方便、快捷。

本发明的一个方面带来的有益效果是，地图显示模块按照特定的飞行模式显示无人机的飞行路线和航点航线信息，使得操作人员能够更加直观地看到贴合当前飞行模式的飞行路线和航点航线信息，更加直观和人性化。

本发明的一个方面带来的有益效果是，将无人机的飞行实时数据与目标数据分别绘制成曲线图并进行显示，使得操作人员能够根据观察到的曲线差异及时修改、调整，更加直观、快捷，有利于提高效率。

本发明的一个方面带来的有益效果是，姿态显示模块将无人机的飞行姿态以动态图形的方式显示出来，使得监控人员能够非常直观地掌握无人机的实时状态。

附图说明：

图1为本发明实施例中显示界面结构示意图。

图2为本发明实施例中模块关系示意图。

图3为本发明实施过程流程图。

图4为本发明实施例飞行姿态动态图形初始状态图。

图5为本发明实施例飞行姿态动态图形在飞行过程中的示例a。

图6为本发明实施例飞行姿态动态图形在飞行过程中的示例b。

图7为本发明实施例飞行姿态动态图形在飞行过程中的示例c。

附图中：101、菜单栏，102、工具栏，103、地图显示区，104、状态栏，105、姿态显示区，106、飞行信息显示区，107、自驾仪参数调节区，2、俯仰滚转姿态展示图，3、方向图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明的实施方式做进一步说明：

在对本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的描述为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种无人机地面监控系统，包括：

飞行任务设定模块，所述飞行任务设定模块用于飞行任务指令的设定；

自驾仪参数调节模块，所述自驾仪参数调节模块用于在线调试自驾仪的系统控制参数；自驾仪的系统控制参数包括pid的各项参数、舵机各通道方向以及螺距脉宽。

地图显示模块，所述地图显示模块用于显示无人机的飞行路线和航点航线信息；

姿态显示模块，所述姿态显示模块用于将无人机的飞行姿态以动态图形的方式显示出来；

飞机数据显示模块，所述飞机数据显示模块用于显示无人机的gps信息和航点信息、用于删除、上传、下载航点信息；

曲线图绘制模块，所述曲线图绘制模块用于将无人机的飞行实时数据与目标数据分别绘制成曲线图并进行显示。所述曲线图横坐标为时间轴，纵坐标为实时飞行数据或目标飞行数据，所述实时飞行数据和目标飞行数据为滚转值、俯仰值、方向值和空速值中的一种。实时飞行数据和目标飞行数据可根据需要展示滚转、俯仰、方向和空速的实时值和目标值。曲线图为飞控专业人员在指定飞行过程中调节参数（如pid各项参数）提供参考。

所述飞行任务设定模块的任务指令设定方式包括一键起飞、一键返航、一键降落以及一键停车。

地图显示模块用于按照特定的飞行模式显示无人机的飞行路线和航点航线信息，所述飞行模式包括手动增稳模式、定高模式、定点模式、自动返航模式、航点飞行模式、地图指点飞行模式、自动起飞模式和自动降落模式。

还包括显示界面，所述显示界面包括菜单栏101、工具栏102、地图显示区103、状态栏104、姿态显示区105，飞行信息显示区106以及自驾仪参数调节区107。

所述地图显示区103用于显示无人机的飞行路线，所述地图显示区103运用不同色彩航迹线标记不同飞行模式，所述地图显示区103用于添加飞行任务航点、引导点。

所述状态栏104用于显示当前串口状态、当前命令、gps状态、飞行模式、保存状态、鼠标所在地图处的经纬高度值、距home点距离、总航程预估时间、到目标点预估时间。

所述姿态显示区105用于以动态图形的方式实时显示无人机的飞行姿态，所述动态图形包括实时的俯仰角参数、实时的滚转角参数以及实时的方向角参数。如图4、图5、图6、图7所示，图中左侧部分为俯仰和滚转姿态的展示图，也就是俯仰滚转姿态展示图2，右侧部分为方向图3。左侧部分的上半部分采用蓝色代表蓝天，左侧部分的下半部分采用黄色代表大地，无人机左翼下沉右翼抬升则滚转角为正，仪表板上黄色区域同理发生偏转，箭头区域指示滚转角度。右侧部分展示飞机的方向，上北下南，无人机水平时旋转一周为360度。图4为初始状态图，图5、图6、图7分别为飞行过程中几个实例。

结合图1、图2、图3，界面显示包括菜单栏101、工具栏102、地图显示区103、状态栏104、姿态显示区105，飞行信息显示区106，自驾仪参数调节区107。功能模块包括飞行任务设定模块、自驾仪参数调节模块、串口数据收发模块、地图显示模块、姿态显示模块、飞机数据显示模块、曲线图绘制模块。

菜单栏101主要完成了飞行任务的导入、导出功能，飞行参数与目标参数的曲线图绘制功能，串口参数的设置与通断功能，飞行控制的一键起飞、一键返航、一键降落、一键停车的功能，航迹线的录制功能等。

工具栏102主要完成了串口通断的快速设置，测距，设定引导点、航点，航点航线的高度模式和填充模式的显示，一键起飞、一键返航、一键降落、一键停车的快速设置，快速导出航点，清空屏幕的功能。

地图显示区103采用google地图，能够离线使用。能够实时显示无人机的飞行路线，运用不同色彩航迹线标记不同飞行模式。能够在此区域添加飞行任务航点、引导点，测距的显示等。航迹线航点等信息均可实现高度模式和地面模式的不同显示视觉效果。

状态栏104主要完成了当前串口状态，当前命令，gps状态，飞行模式，保存状态，鼠标所在地图处的经纬高度值，到home点距离，总航程预估时间，到目标点预估时间的显示。

姿态显示区105负责完成无人机飞行姿态的实时显示。主要是俯仰角、滚转角、方向角的实时动态跟踪显示。

飞机信息显示区106主要包括飞机gps数据的显示：经度、纬度、高度、hdop值、地面速率、卫星数的实时跟踪和显示；还包括航点信息的显示：航点信息的经度、纬度、高度、两航点之间的距离值的显示。同时能够对航点执行删除、上传至自驾仪的操作等功能。

自驾仪参数调节区107主要包括pid的各项参数调节，舵机各通道方向调节，螺距脉宽调节及其他参数调节等。其中pid参数调节包括滚转、俯仰、方向通道pid值的读写，比例滚转、比例俯仰、比例方向、比例盘旋通道pid值的读写，盘旋通道pid值的读写，高度保持通道pid值的读写，油门通道、加速度油门通道的pid值的读写。舵机各通道方向调节主要包括舵机滚转通道、舵机俯仰通道、舵机油门通道、舵机方向通道、舵机镜头滚转方向、舵机镜头俯仰方向的调节。螺距脉宽调节主要是，手动模式下调节螺距最大最小值，零螺距值，尾舵机极限最小、最大值。其他参数调节部分，主要是前馈系数的调节，悬停姿态配平滚转角俯仰角的调节等。

上述飞行任务设定模块主要完成航点的添加、删除、上传、下载，一键起飞、一键降落、一键返航、一键停车的功能。

自驾仪参数调节模块对应参数调节区107，负责自驾仪控制系统中pid参数、舵机方向、螺距脉宽等参数的调节。

串口收发模块，负责接收飞机的姿态信息、gps信息、当前飞行模式信息，自驾仪各项参数信息等；负责发送地面站设置的飞行任务信息，自驾仪pid、舵机方向、螺距脉宽等参数信息。

上述地图显示模块对应界面显示区中的地图显示区103，该模块地图采用googleearth地图，通过javascript实现地图的航点、航线的加载和显示操作。

上述姿态显示模块对应界面显示区中的姿态显示区105，主要负责将串口传来的飞机姿态数据进行动态显示。

上述飞机数据显示模块对应界面显示区中的飞机数据显示区106，负责将串口传来的gps数据，航点数据等进行处理和显示。

上述曲线图绘制模块应用在有飞行任务时，负责将无人机的飞行实时数据与目标数据的绘制成曲线图，方便专业飞控人员在指定飞控参数调节时提供参考。曲线图横坐标为时间轴，纵坐标是飞行数据。该飞行数据可根据需要展示滚转、俯仰、方向和空速的实时值和目标值。该曲线为飞控专业人员在指定飞行过程中调节参数（如pid各项参数）提供参考。

所述跨平台地面站系统基于javaswt开发，地图功能部分采用了javascript开发。

具体工作运行流程大致如下：

程序运行后，通过串口收发模块接收无人机发来的数据。将数据处理后分别显示在地图显示区103，姿态显示区105，飞机信息显示区106。通过飞行任务设定模块设定飞行任务，指导飞行，应对不同的飞行需求。通过自驾仪参数调节模块修改自驾仪参数达到飞行姿态更平稳的目的。通过地面站软件继续观察飞行姿态，飞行数据。飞行任务完成后或不需继续观察时退出程序。

本实施例从跨平台性，可调节自驾仪参数的角度出发，具有以下特点：

使用javaswt作为开发语言，具有良好的跨平台性。能够在windows及linux系统下运行；能够帮助飞控设计专业人员进行控制方法试验阶段的参数调试工作；在线调试，根据观察到的现象及时修改，有利于提高效率；直观清晰的再现了无人机的飞行路线，飞行姿态信息等。

本实施例实现了一种跨平台的无人机地面监控系统，具有航线规划、地图显示、姿态显示、gps信息显示、参数调节的功能。该系统具有稳定可靠、操作简单、界面简单直观的特点。由于其采用了java语言作为开发工具，具有windows和linux系统下的跨平台性。

实施例2

一种无人机地面监控方法，包括：