一种无人机地面指挥控制系统的制作方法

1.本发明属于无人机地面指挥控制技术领域，具体涉及一种无人机地面指挥控制系统。


背景技术：

2.随着近年来无人机及其他相关邻域学科的飞速发展，无人机已发展成集侦察、攻击于一体的有力武器，在未来无人机将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力，尤其是固定翼无人机，因其优良的功能、模块化集成，初始出现就能够应用在测绘、地质、石油、农林等领域，随着无人机的技术快速发展，其应用也得到了更广的扩展，目前，固定翼无人机已经能够广泛适用于边境巡航、战术侦察、治安监控、反恐、缉私、缉毒、灾情监视、森林防火、通讯中继、气象监测、地理信息勘察等，同时可完成战场侦察和监视、定位校准、毁伤评估、电子战等领域适应的特殊场景的任务执行。同时，与大中型固定翼无人机发展相匹配的地面控制站(gcs：ground contrul station)将具有包括任务规划、数字地图、卫星数据链、图像处理能力在内的集控、瞄准、通信、处理于一体的综合能力，且未来地面站的功能将更为强大，不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群。地面站系统具有开放性和兼容性，不必进行现有系统的重新设计和更换即可通过增加新的功能模块实现功能扩展，相同的硬件和软件模块均可用于不同的地面站。
3.无人机地面站的主要功能包括：(1)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；(2)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；(3)编辑规划无人机飞行任务航线。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。
4.目前，国内常用的无人机地面指挥控制站都是指挥控制站、差分站、视距链路通信站、卫星通讯站分开设计，各自构成一个独立可移动地面站。从经济效益方面考虑，这种设计大大增加了无人机系统的设计成本，从技术方面考虑，这种设计技术难度也将大大增加。


技术实现要素：

5.为了提高无人机地面指挥控制系统的集成度，降低无人机地面指挥控制系统设计成本，本发明的目的在于，提供一种无人机地面指挥控制系统。
6.达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：
7.一种无人机地面指挥控制系统，包括舱体、显控台分系统、通讯分系统、数据链分系统、供配电分系统和环控分系统；其中：
8.所述舱体内前部为工作舱，舱体后部上方为左右设置的储物仓和链路舱，后部下方为油机舱；
9.所述显控台分系统，包括第一飞控席、第二飞控席、综合显示席、任务载荷席、链路监控席；其中，所述第一飞控席和第二飞控席，用于操作无人机并监视无人机的各项参数；
综合显示席连接安装在舱体外壁的交互显示设备，用于将显示其他席位的显示画面；任务载荷席用于无人机进行任务时监控所挂载的载荷设备的参数和指令并进行操作；链路监控席用于监控通信链路；
10.所述通讯分系统，用于提供舱体内外监控、舱体外气象及舱体外无线通讯；
11.所述数据链分系统，用于为系统与无人机提供无线数据通信；
12.所述供配电分系统，用于为系统所有的用电设备提供电源；
13.所述环控分系统，用于为舱体内提供环境条件。
14.进一步的，所述舱体左侧壁上开有第一采光窗、电源孔门、出风口、油机散热窗和储物仓门；舱体右侧壁开有进风口、出入门、第二采光窗和链路舱门，舱体右侧壁内部安装有遥控面板；舱体后端外壁开有油机安装门；链路舱上方顶板设有链路出入口。
15.进一步的，所述显控台分系统的所述第一飞控席、第二飞控席并列设置在工作舱内前端，所述综合显示席、任务载荷席和链路监控席并列设置在工作舱内后端。
16.进一步的，如权利要求1所述的无人机地面指挥控制系统，其特征在于，所述通讯分系统包括语音记录设备、4g/5g通讯模块、气象仪、气象仪倒伏机构和gnss差分地站；其中，所述4g/5g通讯模块包括4g/5g天线，所述gnss差分地站包括接收机和gps天线，所述4g/5g天线和gps天线安装在舱体顶部；所述气象仪通过气象仪倒伏机构安装在舱体顶部。
17.进一步的，所述数据链分系统包括升降杆、相连接的u波段天线和u波段设备，以及相连接的l波段天线和l波段设备，其中，所述u波段天线通过升降杆安装在舱体一侧的外壁上，所述链路舱顶部的链路出入口上设置电动顶盖，所述链路舱内设有用于安装l波段天线的电动升降杆。
18.进一步的，所述环控分系统包括一体式空调、照明灯和风机，所述一体式空调安装在舱体前端，所述工作舱顶部开有一体式空调2相连接的风道；所述工作舱内壁上设置有温湿度钟。
19.进一步的，所述第一飞控席与第二飞控席设置相同，包括飞行操作台，在其上设置有飞控计算机及其配套键盘、鼠标、油门杆、摇杆和脚蹬；所述飞控计算机配备有多个显示器；所述综合显示席、任务载荷席和链路监控席的操作台上均安装有键盘、鼠标和多个显示器。
20.进一步的，所述供配电分系统包括ups电源、配电控制箱、柴油发电机、第一市电输入端和第二市电输入端，其中，所述配电控制箱包括箱体以及安装其内的双电源自动切换控制器，所述第一市电输入端和第二市电输入端安装在电源壁盒内，第一市电输入端、第二市电输入端分别用于连接第一市电和第二市电的输入，所述柴油发电机和电源壁盒的输出端分别连接双电源自动切换控制器。
21.进一步的，所述舱体前端外壁设有登舱梯，后端外壁设有登顶梯。
22.进一步的，还包括底盘车，所述底盘车通过副车架安装在舱体下方。
23.相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：
24.1、本发明将地面指挥控制站、差分站、视距链路通信站和卫星通讯站多站多功能集成到一体，这种设计将大大降低设计成本，提高无人机地面控制系统集成度。
25.2、本发明的系统设计了第一飞控席、第二飞控席、综合显示席、任务载荷席、链路监控席和交互显示设备，各席位硬件采用通用化设计，各类软件可浮动安装，功能灵活分
配；通过设置多席位监控及控制的舱内控制布局，能够有效提高地面控制无人机的可靠性；通过网络交换机使得地面指挥控制系统进行局域网内进行数据通信，控制席位、席位之间和站内通信可进行热备份。
26.3、本发明设置了4g/5g通讯模块，能够采用4g/5g网络进行通讯；通过设置气象仪能够使得软件采集飞行员在席位上直观地监视飞行场地的风速、风向具体数据，保证飞行任务的安全；同时，通过设计双余度视距链路通信，能够有效提高地面控制无人机的可靠性，保证飞行任务的安全。
27.4、供配电分系统设有市电、油机双余度供电，通过采用配电控制箱来控制市第一市电输入端、第二市电输入端和柴油发电机的自动切换，同时为各系统提供双余度供电，使供电无缝切换，与此同时，通过ups主机及其配套ups电池作为应急电源为系统关键部件供电，有效提高了无人机地面指挥控制系统的供配电可靠性，从而提高了无人机飞行控制的可靠性，降低其出事的风险，大大提高了安全性。有效提高了地面控制无人机的可靠性，保证飞行任务的安全。
28.5、通过在舱体的底部设计底盘车，保证了系统整体的机动性强。
29.6、通过设计链路舱并安装链路天线，且链路舱顶设计有电动滑动顶盖用于保护链路天线，同时设有用于安装并控制链路天线的升降动作的自动升降机构，使得链路天线的使用方便且安全。
30.7、在舱顶通过云台倒伏器安装的云台摄像头，便于安装并控制云台摄像头的姿势，便于工作人员监控舱外环境。
31.8、本发明的集成性以及多个席位设置，能够灵活配置各种地面站常用软件，使得系统能够支持无人机模拟训练功能、多机监控功能，且具有智能化控制能力，可进行系统故障预测和分析、告警提示，并给出处置方法；具有智能化规划能力，可进行自动在线任务重规划。
附图说明
32.图1是本发明的无人机地面指挥控制系统的系统框图；
33.图2是显控台分系统的示意图；
34.图3是通讯分系统的示意图；
35.图4是数据链分系统的示意图；
36.图5是供配电分系统的示意图；
37.图6是环控分系统的示意图；
38.图7是本发明的无人机地面指挥控制系统的系统交联图；
39.图8是舱体的外部左侧示意图；
40.图9是舱体的外部右侧示意图；
41.图10是舱体的外部后侧示意图；
42.图11是舱体的顶部示意图；
43.图12是舱体的内部布局示意图；
44.图13是各控制席位布局示意图；
45.图14是综合显示席、任务载荷席和链路监控席的布局示意图。
46.图15是供配电分系统的供配原理图；
47.图16是供配电分系统的电源供配接线图。
48.图中各标号含义：
49.1、储物箱；2、一体式空调；3、第二采光窗；4、电源孔门；5、遮阳棚；6、出风口；7、油机散热窗；8、储物舱门；9、交互显示设备；10、链路舱门；11、第一采光窗；12、出入门；13、进风口；14、第一飞控席；15、第二飞控席；16、综合显示席；17、任务载荷席；18、链路监控席；19、风道；20、链路出入口；21、遥控面板；22、储物仓；23、油机舱；24、链路舱；25、出风口；26、温湿度钟；27、衣帽钩；28、4g/5g天线；29、气象仪；30、u波段天线；31、升降杆；32、登顶梯；33、油机安装门；34、登舱梯；35、gps天线；36、气象仪倒伏机构；37、电动顶盖；38、l波段天线；39、云台倒伏器；40、云台摄像机。
50.以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。
具体实施方式
51.本发明的无人机地面指挥控制系统，包括舱体、显控台分系统、通讯分系统、数据链分系统、供配电分系统和环控分系统。其中：
52.如图8-图12所示，舱体内前部为工作舱，舱体后部上方为左右设置的储物仓22和链路舱24，后部下方为油机舱23，其中，油机舱23内安装有油机，油机用于指挥控制系统的应急供电使用，链路舱24内安装有链路天线，储物舱22用于储存物品附件。优选的，舱体左侧壁上开有第一采光窗11、电源孔门4、出风口25、油机散热窗7和储物仓门8；舱体右侧壁开有进风口13、出入门12、第二采光窗3和链路舱门10，舱体右侧壁内部安装有遥控面板21。舱体后端外壁开有油机安装门33；链路舱24上方顶板设有链路出入口20。
53.第一采光窗11、第二采光窗3用于给工作舱内提供光线；电源孔门用于方便给方舱内部的所有用电设备提供配电，出风口25和进风口用于保持方舱内空气流畅；油机散热窗7用于快速散掉油机工作过程产生的热量，链路舱门10和出入门12分别用于方便打开链路舱24和工作舱进行操作；链路出入口20用于舱体内的链路设备与链路舱24进行数据交互；遥控面板21用于方便工作人员控制舱体内各路供电设备的电源。
54.显控台分系统，包括第一飞控席14、第二飞控席15、综合显示席16、任务载荷席17、链路监控席18；各席位通过网络交换机组成局域网进行数据交互，与无人机的通信通过无线电波；其中，第一飞控席14和第二飞控席15均用于操作无人机并监控无人机的各项参数，一个主一个备；综合显示席16用于将其他所有席位的显示画面进行综合显示，具体是通过安装在舱体外壁的交互显示设备9进行显示；任务载荷席17用于无人机进行任务时监控飞机平台所挂载的载荷设备的参数和指令并进行操作，是用于控制载荷的席位；链路监控席18用于监控链路的通信质量。上述方案中，各席位的硬件采用通用化设计，各类软件可浮动安装，功能灵活分配；这样的设计下，通过多席位监控及控制的舱内控制布局，能够有效提高地面控制无人机的可靠性；通过网络交换机的设计，地面指挥控制系统进行局域网内进行数据通信，控制席位、席位之间和站内通信可进行热备份。优选的，第一飞控席14、第二飞控席15并列设置在工作舱内前端，综合显示席16、任务载荷席17和链路监控席18并列设置在工作舱内后端。
55.通讯分系统，用于为整个地面指挥控制系统提供舱体内外监控、舱体外气象及舱
体外无线通讯。通讯分系统带有航空插头线缆连接。具体的，通讯分系统包括语音记录设备(可根据具体需要设计，本实施例包括5个单耳耳麦、4个拾音器、4个舱内摄像头、云台摄像机、硬盘刻录机和倒伏升降机构)、4g/5g通讯模块、气象仪28、气象仪倒伏机构36和gnss差分地站。其中，舱内摄像头用于观察舱内各位置处的状况，云台摄像机40便于舱内工作人员观察外面无人机跑道状况；4g/5g通讯模块包括4g/5g天线29，gnss差分地站包括接收机和gps天线35；4g/5g天线2929和gps天线35安装在舱体顶部，4g/5g天线29用于本发明的地面指挥控制系统与外界环境的4g/5g无线网络通信，gps天线35用于差分设备(即gnss差分接收机)与卫星进行通信；气象仪28通过气象仪倒伏机构36安装在舱体顶部；通过设置气象仪28使得软件采集飞行员在席位上直观地监视飞行场地的风速、风向具体数据，保证飞行任务的安全。
56.数据链分系统，用于为整个地面指挥控制系统与无人机提供无线数据通信。数据链分系统带有航空插头线缆连接。具体的，数据链分系统包括升降杆31(本实施例采用手动升降杆)、相连接的u波段天线和u波段设备，以及相连接的l波段天线38(即链路天线)和l波段设备，其中，u波段天线30通过升降杆31安装在舱体一侧的外壁上，可控制u波段天线升降。上述方案中，通过设计双余度视距链路通信，能够有效提高地面控制无人机的可靠性，保证飞行任务的安全。优选的，链路舱24顶部的链路出入口20上设置电动顶盖37，链路舱24内设有用于安装l波段天线38(即链路天线)的电动升降杆。该方式下，打开电动顶盖37，l波段天线38通过电动升降机构升降。
57.供配电分系统，用于为整个系统所有的用电设备提供电源。如图5所示，供配电分系统包括ups电源(包括ups主机及其配套ups电池)、配电控制箱和柴油发电机。供配电分系统带有航空插头线缆连接，安装于链路监控席16下方的机柜中。
58.环控分系统，用于为舱体内提供环境条件，包括一体式空调2、照明灯和风机。一体式空调2安装在舱体前端，工作舱顶部开有一体式空调2相连接的风道19；优选的，工作舱内壁上设置有温湿度钟26。
59.本发明还包括随车附件，包括相关维修工具，具体包括接地线及接线柱、供电电缆及电缆盘、市电转接电缆、军用折叠椅、土木工具箱和电气工具箱，装于附件箱内。
60.如图13、14所示，作为本发明的一种优选实现方式，第一飞控席14与第二飞控席15设置相同，具体设置如下：包括尺寸为1100mm
×
825mm
×
1689mm的飞行操作台，飞行操作台上设置有飞控计算机及其配套的键盘、鼠标、摇杆、操作杆和脚蹬；飞控计算机配备有2个24寸显示器和3个21.5寸显示器；第一飞控席14的第一飞控计算机与第二飞控席15的第二飞控计算机组成机架式服务器，形成一个内封闭的数据运行系统；综合显示席16、任务载荷席17和链路监控席18的操作台尺寸均为2100mm*850m*1758，操作台上安装有对应的计算机及其配套键盘、鼠标，计算机配有3个24寸显示器；链路监控席16还配备有画面分割器；综合显示席的链路计算机、任务载荷席的任务载荷计算机和链路监控席的链路监控计算机组成机架式服务器，形成一个内封闭的数据运行系统。上述各操作台四周下方均安装减震垫和槽钢，方便拆卸维护，这样的设计使得方舱安装在移动平台上也不会影响其整体运行效率和性能。
61.如图15、图16所示，作为本发明的一种优选实现方式，供配电分系统包括ups电源、配电控制箱、柴油发电机、第一市电输入端和第二市电输入端，其中，配电控制箱包括箱体
以及安装其内的双电源自动切换控制器，第一市电输入端和第二市电输入端安装在电源壁盒内，第一市电输入端、第二市电输入端分别用于连接第一市电和第二市电的输入，柴油发电机和电源壁盒的输出端分别连接双电源自动切换控制器，双电源自动切换控制器的第一输出端连接画面分割器、云台倒伏器39、气象仪的倒伏器36、排风风机、一体式空调2和交互显示设备9等设备，双电源自动切换控制器的第二输出端连接ups电源，ups电源连接显控台分系统、链路设备(即l波段设备、u波段设备)、卫通设备、gps天线35、舱内摄像头、云台摄像头40、照明灯、气象仪28和4g/5g天线29等设备。
62.上述技术方案中，所述配电控制箱用于控制市第一市电输入端、第二市电输入端和柴油发电机的自动切换。第一市电输入端、第二市电输入端分别通过设置在舱体壁上的电源孔门4(采用连接器)接入电源壁盒的输入端。第一市电输入端和第二市电输入端均为市电ac220v供电输入端，分别为舱内外环境设备和其他设备供电，柴油发电机为ac220v供电输入端。
63.优选的，舱体右侧内壁上设有衣帽钩27。
64.优选的，舱体前端外壁设有登舱梯34，后端外壁设有登顶梯32；登舱梯34便于工作人员进入方舱，登顶梯32用于工作人员方便登上舱顶作业。
65.优选的，舱体顶部设有遮阳棚，用于遮挡舱体顶部上的各个部件。
66.优选的，本发明还包括底盘车，底盘车通过副车架安装在舱体下方，用于实现舱体自由移动到合适的工作地点，有效提高了地面指挥控制系统的机动性能。在副车架上面还安装有储物箱。
67.本发明的大中型固定翼无人机地面指挥控制系统的操作流程如下：
68.打开设置在车底的线缆箱取出市电线缆；给电源孔门4上的市电1和市电2插上线缆盘的航插接口，将市电线缆的另一端接入飞行场地的配电箱中。
69.打开电源孔门4上的空气开关。
70.打开工作舱的出入门。
71.打开配电箱上的市电1、市电2和ups空气开关。
72.将配电箱上的旋钮开关扳到远控。
73.将配电箱上的旋钮开关扳到ups在线。
74.长按ups开关按钮，打开ups。
75.按下配电箱远控上的电源按钮。
76.按下配电箱远控上的第一飞控席、第二飞控席按钮。
77.按下配电箱远控上的任务载荷席按钮和综合监控席显示按钮。
78.按下配电箱远控上的链路监控席按钮。
79.按下配电箱远控上的交互显示设备的控制按钮。
80.按下配电箱远控上的壁插按钮。
81.按下配电箱远控上的链路舱按钮。
82.按下配电箱远控上的照明/排风按钮。
83.按下配电箱远控上的直流设备按钮。
84.按下配电箱远控上的倒伏机构。
85.将配电箱远控上的气象仪倒伏机构36上的电源开关拨动开。
86.将配电箱远控上的气象仪倒伏机构36的控制拨到升，待气象仪28升到位后，红灯亮起，将控制开关拨到中间位置，电源开关拨到关位置。
87.将配电箱远控上的云台倒伏器39的电源按钮按下。
88.将配电箱远控上的云台倒伏器39的升降开关，拨到升位置，待云台升到位后，将控制开关拨到中间位置，电源按钮按下。
89.打开链路舱24，按下电动顶盖37开关将其打开，待电动顶盖37打开后，按下电动升降杆的上升按钮，待电动升降杆升到合适的位置，按下停止按钮。
90.取出u波段天线30，将u波段天线30安装在升降杆31上，连接u链路连接线。
91.打开附件箱，取出65寸的显示器(即交互显示设备9)，将其悬挂于舱体外壁，连接好电源线与hdim视频线。
92.打开各席位的计算机，待计算机开机后，运行各席位上的软件。
93.打开网络交换机1、网络交换机2和画面分割器。
94.打开综合席位机柜下的l波段设备和u波段设备电源开关。
95.通过网页打开舱外的云台摄像机40和舱内摄像头的显示界面。
96.等待指挥员、飞行员进行命令操作。
97.综上，本发明的系统实现的主要功能如下：
98.下行数据管理程序的主要功能：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。
99.飞行控制程序的主要功能：飞行控制指令的采集、遥控指令付接发送、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。
100.链路控制程序的主要功能：无人机数据链路的遥测遥控、地面天线的控制。
101.航迹规划程序主要功能：航线规划、航点/航线指令采集、地理位置和航迹显示。
102.任务载荷控制程序的主要功能：任务载荷设备指令采集、任务载荷设备的数据显示。