本发明涉及无人机应用领域，尤其涉及一种基于无人机的野外指挥系统。
背景技术：
当前，小团体野外行动存在以下五个突出矛盾问题：
一是看不清、看不见。野外行动经常需面对高山、森林、河流等复杂、生疏地形，高温、高湿、蛇虫多等恶劣环境，而且前方各种情况不明，存在一定的安全威胁；人员前出搜索、探查十分困难，范围也有限，手绘现地地形不准确，费时费力，而且还有生命危险，甚至由于悬崖、塌方等情况根本无法实施侦察；野外行动指挥员只能听取侦察人员的描述，很难形成形象的感性认识，就算是有地图，也不够直观，与现地很难精确对应，个别由于经济大开发，现地地形发生了巨大的变化，指挥员对任务地形很难全面掌控，人员在实际展开行动过程中，由于环境的阻隔，指挥员无法实时监控人员作业情况，遇到疑难问题很难到点查看、指导，这对指挥员作出准确的判断，实施有效的指挥造成很大困扰。
二是联不好、联不上。野外行动经常需深入卫星、手机信号较差或覆盖不到的地域，面临因突发事件或自然灾害不可抗拒力量损毁通信基础设施等行动背景，野外行动通信组网难以及时有效展开，通信要素之间互连互通方式易受到野外地形制约和影响，逐渐成为了野外行动通信中亟待解决的难点和热点问题，目前野外行动通信主要还是以无线通信为主，通过短波和超短波无线电台、小型对讲机等实现，通信距离受限，受地形阻隔、干扰影响很大，可靠性差，经常联不好，甚至联不上，而且缺乏多节点实时沟通协调，调度难度大，极大地制约了信息实时传递，尤其是给指挥员带来一定的决策困难和影响。
三是人员无法精确定位。野外行动展开作业后，由于地形、环境复杂，人员所处地域、执行任务相对独立，相互支援、照应困难，指挥员不清楚所属人员的具体位置，相互之间的距离，当个别人员遇到较大困难问题或无法完成所担负任务时，很难进行科学合理的指挥调度，确保行动任务及时、高效地完成；当人员发生危险时无法第一时间精确到点实施救援，人身安全难以得到可靠保障，造成不可估量的损失。
四是指挥指令上传下达问题多，实时性、准确性差。当前，野外行动时指挥员的指令主要通过无线电台或对讲机语音通话，视距范围内手势、指挥旗、灯光等方式传递，受地形、环境、天候影响很大，指挥距离近，直观性差，容易因听（看）不清、听（看）不到造成指令理解错误或遗漏，人员的反馈信息无法及时传递给指挥员，导致指挥指令不能及时、准确地进行上传下达，野外行动无法科学、有序、精准、可靠地组织实施，行动任务无法及时、顺利地完成。
五是无法实时、准确地掌控行动态势。野外行动展开，人员分散独立执行任务，受地形、环境的严重制约，指挥员对行动的整体态势无法全盘、直观地掌控，指挥员的能力素质强，才有可能进行科学、合理、有效、及时地调度，否则，整个行动将一片混乱。后方上级领导对野外行动态势、行动进度、任务完成情况等更是一无所知，无法准确地分析研判，合理进行决策部署。
因此，急需能有效解决以上问题的适用于小团体野外行动，尤其是完成急、难、险、重任务的野外指挥平台。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无人机的野外指挥系统，实在、管用，适用于小团队野外行动指挥。
本发明采用的技术方案是：
一种基于无人机的野外指挥系统，其包括无人机、地面指挥工作站、无线指挥前端设备；所述无人机、地面指挥工作站和无线指挥前端设备两两之间以及无线指挥前端设备之间通过无线网桥连接，所述无人机上还设有与无人机的控制器相连接的图像获取设备和电台中继设备，图像获取设备采集行动区域图像数据，电台中继设备用于地面指挥工作站与无线指挥前端设备之间以及无线指挥前端设备之间的短波或超短波的转接通信；
所述地面指挥工作站控制无人机的工作，地面指挥工作站获取无人机的采集的行动区域图像数据和无线前端指挥设备的反馈信息形成行动态势图，指挥人员通过地面指挥工作站向无线指挥前端设备发送行动态势图以及指挥命令；
所述无线指挥前端设备配备于每个野外行动人员，无线指挥前端设备接收地面指挥工作站的行动态势图和指挥命令，并将现场数据作为反馈信息实时发送至地面指挥工作站。
进一步地，所述无人机为多旋翼无人机。
进一步地，所述图像获取设备包括航拍云台和高清相机。
进一步地，所述地面指挥工作站包括无人机控制器、控制主机、指令发送设备和音视频设备，指挥人员通过无人机控制器控制无人机工作，控制主机对无人机采集行动区域图像数据进行处理并结合无线指挥前端设备的反馈信息形成行动态势图，音视频设备播放每个野外行动人员的现场音视频，指挥员通过指令发送设备发送指挥命令至无线指挥前端设备。
进一步地，所述指令发送设备包括头戴耳麦和语音文字转换器，头戴耳麦获取指挥员的带指挥命令的语音数据，所述语音文字转换器将带指挥命令的语音数据转换为带指挥命令的文字信息发送至无线指挥前端设备，无线指挥前端设备接收并显示带指挥命令的文字信息。
进一步地，所述反馈信息包括工作状态信息、现场音视频、无线指挥前端设备的位置信息。
进一步地，所述无线指挥前端设备包括前端处理器、前端输入输出设备和存储器，前端输入输出设备和存储器连接前端处理器并由前端处理器控制运行，所述前端输入输出设备包括摄像头、麦克风、按键板、音频输出设备和显示器。
进一步地，所述前端处理器为STM32处理器，所述音频输出设备包括耳机和扬声器，所述麦克风配套设于耳机上。
进一步地，所述无人机和地面指挥工作站均配备有无线数传模块，无人机与地面指挥工作站还可经由无线数传模块进行数据传输。
进一步地，所述地面指挥工作站通过3G/4G网络连接设于后方的指挥中心。
本发明采用以上技术方案，充分发挥小型多旋翼无人机费用低、机动灵活、用途广泛等特点，从空中实施一定范围的立体、实时侦察监视，搭载设备实现通信联络自组网，打造点对点、点对多点的独立音视频、图文传输网络，并且完成无线通信的中继拓展，深度开发行动信息实时共享，行动态势一图展示，指挥指令音视频、图文传送等功能，尤其适用于卫星、手机信号较差或覆盖不到的地域和因突发事件或自然灾害不可抗拒力量损毁通信基础设施等行动背景，实现野外行动侦察搜索、通信联络和指挥控制的一体化、自动化，能够大大提高现场情况收集的准确性、行动组织的科学性、指挥实施的时效性，全面、直观地掌控行动进度，及时、合理地处置各种突发情况，确保野外行动任务的圆满、顺利完成。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种基于无人机的野外指挥系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开一种基于无人机的野外指挥系统，其包括无人机、地面指挥工作站、无线指挥前端设备；所述无人机、地面指挥工作站和无线指挥前端设备两两之间以及无线指挥前端设备之间通过无线网桥连接，无线网桥采用ST58T8G，可以实现5－8公里远距离点对点和点对多点最高300M带宽的数字无线传输，工作于5GHz频段，可实现视频、音频、控制等多媒体网络数据流。
所述无人机上还设有与无人机的控制器相连接的图像获取设备和电台中继设备，图像获取设备采集行动区域图像数据，电台中继设备用于地面指挥工作站与无线指挥前端设备之间以及无线指挥前端设备之间的短波或超短波的转接通信；所述短波或超短波使用军用超短波、短波电台发送，军用超短波、短波电台可装配保密模块，在执行作战任务中担负重要的保密通信联络任务，是完成好作战任务的重要支撑。通过无人机在空中搭载中继设备，有效解决在野外复杂、多变的恶劣环境中，军用电台的通信信号受到很大的干扰，受地形阻隔影响极大，通信距离大大减小，甚至完全中断的问题。进一步地，中继设备分有源和无源两种，有源中继设备成本高昂、耗电量大、维护困难，搭载中无人机上将明显加速电池消耗、大大缩短其续航时间，本实施例中，可以优选无源中继设备，不需要电池供电、成本低、无需维护。无源全向天线用于发射接收短波、超短波无线电信号，可实现军用电台的空中中继，大大提高其通信距离及通话质量。
所述地面指挥工作站控制无人机的工作，地面指挥工作站获取无人机的采集的行动区域图像数据和无线前端指挥设备的反馈信息形成行动态势图，指挥人员通过地面指挥工作站向无线指挥前端设备发送行动态势图以及指挥命令；通过建立的野外行动态势图，直观标示各个野外行动人员的精确位置、行动状态，指挥员可按需查看或轮播各个成员的现场音视频，并根据具体情况向各个野外行动人员发布指挥命令。
所述无线指挥前端设备配备于每个野外行动人员，无线指挥前端设备接收地面指挥工作站的行动态势图和指挥命令，并将现场数据作为反馈信息实时发送至地面指挥工作站。
进一步地，所述无人机为多旋翼无人机。
进一步地，所述图像获取设备包括航拍云台和高清相机。
进一步地，所述地面指挥工作站包括无人机控制器、控制主机、指令发送设备和音视频设备，指挥人员通过无人机控制器控制无人机工作，控制主机对无人机采集行动区域图像数据进行处理并结合无线指挥前端设备的反馈信息形成行动态势图，音视频设备播放每个野外行动人员的现场音视频，指挥员通过指令发送设备发送指挥命令至无线指挥前端设备。
进一步地，所述指令发送设备包括头戴耳麦和语音文字转换器，头戴耳麦获取指挥员的带指挥命令的语音数据，所述语音文字转换器将带指挥命令的语音数据转换为带指挥命令的文字信息发送至无线指挥前端设备，无线指挥前端设备接收并显示带指挥命令的文字信息。平常的带指挥命令的语音数据如果直接发送至野外行动人员，野外行动人员容易因听（看）不清、听（看）不到造成指令理解错误或遗漏，从而严重影响任务的有效执行。语音文字转换器，例如IBM ViaVoice语音识别输入系统，能建立数据库对语音进行修正，具有较强的学习功能，输入速度甚至可以达到150字/秒，真正达到出口成章，指挥员通过一段时间的使用、积累，系统所建立的个人语音模型会越来越完备，可将其指挥指令准确地转换成相应文字，并输出至存储文件，无线指挥前端设备只需要提取文件中的文字，即可实现指挥指令文字化下达，使得指令下达更加准确、直观。
进一步地，所述反馈信息包括工作状态信息、现场音视频、无线指挥前端设备的位置信息。
进一步地，所述无线指挥前端设备包括前端处理器、前端输入输出设备和存储器，前端输入输出设备和存储器连接前端处理器并由前端处理器控制运行，所述前端输入输出设备包括摄像头、麦克风、按键板、音频输出设备和显示器，摄像头、麦克风通过I/O口连接前端处理器。所述按键板用于工作状态的选择，主要分为情况正常、到达指定地域、完成任务、无法完成、需要援助、有生命危险、其他异常情况等7种，也可由触摸屏完成，主要用于成员上报行动情况。无线指挥前端设备可达成上传现场音视频、报告工作状态、接收指挥员指令、查看行动态势及其他成员情况等功能。
进一步地，所述前端处理器为STM32处理器，所述音频输出设备包括耳机和扬声器，所述麦克风配套设于耳机上，所述耳机通过I/O口连接前端处理器，所述扬声器连接前端处理器。
进一步地，所述无人机和地面指挥工作站均配备有无线数传模块，无人机与地面指挥工作站还可经由无线数传模块进行数据传输。
进一步地，所述地面指挥工作站通过3G/4G网络连接设于后方的指挥中心。
下面详细介绍本发明的具体的工作流程：
位于地面指挥工作站的无人机操纵手或者指挥员操作无人机，悬停于野外行动区域的上空，通过无人机机载的图像获取设备从空中对野外行动区域地形、地物进行航拍，高清图像通过通信链路传至地面指挥工作站，地面指挥工作站转换成正射影像产品，作为形成行动态势图的基础。通过无人机搭载无源中继设备，实现超短波、短波电台信号的中继，用于军用电台的通信中继，解决因复杂地物造成的信号差，甚至信号中断。
野外行动人员分别配备一套无线指挥前端设备并进入野外行动区域分散行动，通过无线指挥前端设备的前端输入输出设备中的麦克风和耳机等实现语音通信，并通过前端输入输出设备中的摄像头实时采集行动的现场画面直接或者通过无人机中继传输至地面指挥工作站，野外行动人员通过无线指挥前端设备中的显示器获取并看出野外行动整体态势图和指挥员发布的指挥命令，还可通过按键板反馈该野外行动人员当前的工作状态。由于无人机、地面指挥工作站及每个无线指挥前端设备均配备有无线网桥，每次数据通信均在两个或多个无线网桥间进行（即：点对点或点对多点传输方式），接收端及发射端的信号强度指示RSSI值可通过无线网桥控制命令得到，以地面指挥工作站、无人机为锚点，通过RDGC-TCL 算法可得到未知节点（即各个无线指挥前端设备）的精确坐标，并将每个无线指挥前端设备实时反馈至地面指挥工作站。
地面指挥工作站的控制主机获取无人机以及无线指挥前端设备发送的数据，通过GIS技术，建立野外行动整体态势图，直观标示各个成员的精确位置、行动状态，指挥员可按需查看或轮播各个成员的现场音视频，地面指挥工作站的控制主机自动计算出各个节点间的准确距离，为指挥员实施科学调度提供依据；
本发明采用以上技术方案，充分发挥小型多旋翼无人机费用低、机动灵活、用途广泛等特点，从空中实施一定范围的立体、实时侦察监视，搭载设备实现通信联络自组网，打造点对点、点对多点的独立音视频、图文传输网络，并且完成无线通信的中继拓展，深度开发行动信息实时共享，行动态势一图展示，指挥指令音视频、图文传送等功能，尤其适用于卫星、手机信号较差或覆盖不到的地域和因突发事件或自然灾害不可抗拒力量损毁通信基础设施等行动背景，实现野外行动侦察搜索、通信联络和指挥控制的一体化、自动化，能够大大提高现场情况收集的准确性、行动组织的科学性、指挥实施的时效性，全面、直观地掌控行动进度，及时、合理地处置各种突发情况，确保野外行动任务的圆满、顺利完成。