一种无人机地面控制系统、设备和存储介质的制作方法

本发明涉及无人机控制领域，尤其是一种无人机地面控制系统、设备和存储介质。

背景技术：

近年来，随着科技的进步，无人机在地理环境监测、灾区视察、科学研究、法规实行等社会、工业各方面的应用将显示出强大的优势，无人机产业发展迅猛，无人机的应用领域也越来越广泛，无人机控制系统中的地面监控站系统是随着无人机的应用发展过程逐步提出的，为了能够更好地遥控操作无人机，人们一般都采用无人机地面站作为整个无人机系统的指挥控制中心，因为无人机大多是超视距飞行，因而通过地面站获知无人机的飞行状态就显得尤为重要，尤其是对飞行状况进行实时监控和控制。

为了很好的利用无人机进行工作，需要设计地面站控制系统与无人机通讯，控制无人机的飞行，并显示无人机的飞行信息，但是现有的地面站控制系统功能较单一，不能对无人机作业活动过程，包括规划航线到控制飞行再到显示分析飞行数据在内的整个过程进行综合控制，为了方便区域内飞行工作，并提高无人机的飞行安全提出一种集控制、通信、处理于一体的具有综合控制能力的无人机的地面控制系统是很有必要的。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的是提供一种集控制、通信、处理于一体的具有综合控制能力的无人机的地面控制系统、设备和存储介质。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种无人机地面控制系统，包括飞行数据监控子系统、无人机操作控制子系统、任务挂载控制子系统、数据分析子系统、中央处理单元和数据链地面终端，其中所述飞行数据监控子系统用于在线监视飞行参数；所述无人机操作控制子系统用于通过人机界面来控制无人机飞行；所述任务挂载控制子系统用于控制无人机不同作业任务所携带的不同传感器；所述数据分析子系统用于分析无人机作业过程中获得的图像及数据；所述中央处理单元用于整体控制；所述数据链地面终端用于与无人机进行数据传输。

进一步地，所述飞行参数包括飞行期间无人机的运行状态参数、飞行数据和警告信息。

进一步地，所述无人机操作控制子系统包括命令控制台和/或飞行参数显示界面和/或无人机航线显示界面和/或挂载数据显示界面。

进一步地，所述任务挂载控制子系统由至少一个视频监视器和对应的探测仪器构成。

进一步地，所述数据链地面终端用于给无人机发送控制命令和/或接收来无人机的运行数据和挂载数据。

进一步地，所述中央处理单元完成包括以下至少一种功能：航线规划与控制、地图管理、飞行控制、异常报警和轨迹回放分析。

进一步地，其控制无人机飞行的工作流程包括以下步骤：

登陆并验证身份合法性；

连接飞控并验证无人机id的合法性；

根据不同挂载进行航线规划并进行航线高程预警；

确认航线并上传航线至无人机的飞控；

通过地面控制系统完成无人机飞行过程监控，包括飞行过程中修改航线。

第二方面，本发明提供一种无人机地面控制的控制设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够实现如第一方面任一项所述的系统。

第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机实现如第一方面任一项所述的系统。

本发明的有益效果是：

本发明通过飞行数据监控子系统、无人机操作控制子系统、任务挂载控制子系统、数据分析子系统、中央处理单元和数据链地面终端共同组成综合控制系统，其中飞行数据监控子系统用于在线监视飞行参数，无人机操作控制子系统用于通过人机界面来控制无人机飞行，任务挂载控制子系统用于控制无人机不同作业任务所携带的不同传感器，数据分析子系统用于分析无人机作业过程中获得的图像及数据，中央处理单元用于整体控制，数据链地面终端用于与无人机进行数据传输，能够对包括规划航线、控制飞行、显示分析飞行数据在内的整个过程进行控制分析，极大的提高了无人机地面控制系统的易用性，能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，提高无人机的作业效率。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的无人机地面控制系统的组成结构图；

图2是本发明一种实施方式的地面站控制系统控制无人机飞行的方案组成结构图；

图3是本发明一种实施方式的地面站控制系统控制无人机飞行的具体流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的地面站控制系统是一个具有数据实时采集、控制指令的实时发送和飞行航迹的实时显示等功能的监控系统，该系统是无人机系统中的重要环节，它的稳定性与否直接影响着整个系统的性能实现。下面以实施例一详细描述本发明的无人机地面控制系统。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的一种无人机地面控制系统的组成结构图，如图1所示，该系统可以包括以下子系统：飞行数据监控子系统、无人机操作控制子系统、任务挂载控制子系统、数据分析子系统、中央处理单元和数据链地面终端。

其中飞行数据监控子系统用于在线监视飞行参数，具体的飞行参数包括飞行期间无人机的运行状态参数、飞行数据和警告信息。

无人机操作控制子系统用于通过人机界面来控制无人机飞行，包括命令控制台、飞行参数显示界面、无人机航线显示界面和挂载数据显示界面。

任务挂载控制子系统用于控制无人机不同作业任务所携带的不同传感器，由至少一个视频监视器和对应的探测仪器构成，即不同的传感器对应不同的探测仪器，完成传统通勤作业，如地理测绘、管网巡视、消防和公安等特殊挂载。

数据分析子系统用于分析无人机作业过程中获得的图像及数据。

中央处理单元用于整体控制，只要功能是：1)获得并处理从无人机发送来的实时数据；2)对数据进行显示处理；3)确认作业任务规划航线并上传给无人机，并能够在飞行过程中根据临时飞行情况修改航线，即航线规划与控制；4)显示飞行中的电子地图，即地图管理；5)飞行过程中的数据分发处理，即飞行控制；6)飞行前、飞行过程中无人机状态分析，即异常报警；7)系统诊断，即轨迹回放分析。

数据链地面终端用于与无人机进行数据传输，包括给无人机发送控制命令和接收来无人机的运行数据和挂载数据。

如图2所示，本实施例中地面站控制系统控制无人机飞行的方案组成结构，具体的，通过在地面站控制系统的中央处理单元规划航线及作业任务，然后上传到无人机的飞控，即飞行控制器，飞控进行飞行控制和任务执行，飞控实时下传飞机当前航线任务信息及工作状态，地面站控制系统对数据进行分析和显示，其中地面站控制系统和无人机飞控之间的数据上传与下载通过无线通信实现。

地面站控制系统控制无人机飞行的具体流程如图3所示，包括步骤如下：

s1：登陆并验证身份合法性；

s2：连接飞控并验证无人机id的合法性；

s3：根据不同挂载进行航线规划并进行航线高程预警；

s4：确认航线并上传航线至无人机的飞控；

s5：通过地面控制系统完成无人机飞行过程监控，包括飞行过程中修改航线。

具体的首先地面站控制系统需要验证使用者和连接的无人机的合法性，如果通过，根据挂载类型、作业内容不同航线规划，并将规划的航线与地理高程数据进行比对，将撞机风险进行航线高程预警，确认航线并上传至无人机的飞控后，进行起飞操作，完成无人机的起飞过程，并通过地面控制系统完成无人机飞行过程监控。

当无人机在飞行时，会通过飞控把飞行数据传送到地面站控制系统，地面站控制系统回根据这些信息进行分析显示，如果有预警，进行提示，并且飞行过程中把飞行信息保存，供后续飞行结束后进行飞行过程分析时，回放飞行轨迹使用，同时任务挂载控制子系统通过飞控透传指令的方法来控制飞机的挂载设备，用于控制无人机不同作业任务所携带的不同传感器，对不同的挂载设备进行特定功能的控制，例如如挂载是消防弹时，可以发送打弹的指令，挂载是不同功能相机时，可以进行拍照控制。

步骤s5的无人机飞行过程监控具体包括下面几种：

1)无人机的姿态控制，即在各传感器获得相应的无人机飞行状态信息后，通过无线通信链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站控制系统，在地面站控制系统的中央处理单元处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过无线通信链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控中，通过后者实现对无人机的操控。

2)挂载数据的显示和对挂载的控制，挂载是无人机不同任务的对应执行单元，地面站控制系统根据任务要求实现对挂载的控制，并通过对挂载数据的显示，来实现对任务执行情况的监管。

3)无人机航线位置监控显示，主要便于操作人员实时地监控无人机和航线的状态

4)导航和目标定位，无人机在执行任务过程中通过无线数据链路与地面站控制系统之间保持着联系，在遇到特殊情况时，需要地面站控制系统对其进行导航控制，使无人机按照安全的路线飞行，目标定位是指无人机发送给地面站控制系统的方位角、高度及距离数据包含时间信息，以便这些数据可与无人机的瞬时位置数据相结合来实现目标位置的精准定位。

本实施例的无人机地面站控制系统，作为连接操作者与无人机的桥梁，能够实现以下基本功能：

1)能够实现对无人机姿态的控制，即在任何时间无人机的姿态都是可以通过地面站进行控制的。2)可以对无人机实时的姿态信息、传感器状态、航线等数据进行显示。3)对器的航线进行实时控制，即可以随时根据需要对无人机的航线进行修改和定制。4)对飞行数据进行保存，并能够对历史飞行数据任务进行回放，方便查看。5)保证系统稳定可靠，实现实时高效的数据传输，满足大数据量的通讯要求。6)在满足可靠性的基础上，实现直观的监控数据，便捷的操作控制。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，本发明还提供一种无人机地面控制系统的控制设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被上述至少一个处理器执行的指令，指令被上述至少一个处理器执行，以使上述至少一个处理器能够实现如实施例一所述的系统。

另外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，其中计算机可执行指令用于使计算机实现如实施例一所述的系统。

本发明通过飞行数据监控子系统、无人机操作控制子系统、任务挂载控制子系统、数据分析子系统、中央处理单元和数据链地面终端共同组成综合控制系统，其中飞行数据监控子系统用于在线监视飞行参数，无人机操作控制子系统用于通过人机界面来控制无人机飞行，任务挂载控制子系统用于控制无人机不同作业任务所携带的不同传感器，数据分析子系统用于分析无人机作业过程中获得的图像及数据，中央处理单元用于整体控制，数据链地面终端用于与无人机进行数据传输，能够对包括规划航线、控制飞行、显示分析飞行数据在内的整个过程进行控制分析，极大的提高了无人机地面控制系统的易用性，能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，提高无人机的作业效率。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。