本發(fā)明涉及無人機控制領(lǐng)域，特別是涉及一種無人機地面站控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人機技術(shù)在偵查監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、遙測勘探等多個領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用前景。無人機地面站是無人機系統(tǒng)的重要組成部分，提供對無人機指揮控制和保證機地數(shù)據(jù)通信。

無人機地面站的主要功能包括：通過輸入設(shè)備采集對無人機、機上任務(wù)載荷和通信鏈路設(shè)備的控制信息，將以上控制信息組合成為標準的控制指令發(fā)送至無人機和鏈路設(shè)備；實時接收無人機、機上任務(wù)載荷和通信鏈路設(shè)備的遙測數(shù)據(jù)，將以上數(shù)據(jù)解析并以圖表等形式反映給無人機操控人員；編輯規(guī)劃無人機飛行任務(wù)航線?，F(xiàn)有無人機地面站在同一軟件中綜合實現(xiàn)以上功能，不能根據(jù)實際應(yīng)用需要整合各項功能。本發(fā)明將以上功能拆分至各個模塊中分別執(zhí)行，能夠根據(jù)應(yīng)用需求場景靈活配置，從而簡化地面站的軟硬件構(gòu)成，節(jié)省資源。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可配置的模塊化的無人機地面站控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)將無人機地面站的功能模塊化分解，分解后的子功能模塊能夠自由組合，靈活分配所需的軟硬件，有效的簡化地面站構(gòu)成，避免資源的浪費。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種無人機地面站控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計算機、交換機、鏈路設(shè)備、信號采集設(shè)備、控制面板、外部控制器和顯示器，其中鏈路設(shè)備與交換機連接，交換機、鏈路設(shè)備、信號采集設(shè)備分別與計算機連接，控制面板、外部控制器分別與信號采集設(shè)備連接，計算機連接顯示器，其特征在于，所述計算機上安裝有控制程序，控制程序包括下行數(shù)據(jù)管理程序、飛行控制程序、鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、任務(wù)載荷控制程序和其它擴展程序；其中下行數(shù)據(jù)管理程序用于接收遙測數(shù)據(jù)和任務(wù)載荷數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)分別傳輸至飛行控制程序、鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、任務(wù)載荷控制程序和其它擴展程序，同時將這些數(shù)據(jù)進行本地保存和讀取，實現(xiàn)回放功能；飛行控制程序用于接收鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、任務(wù)載荷控制程序和其它擴展程序的遙控指令數(shù)據(jù)，并由飛行控制程序發(fā)出遙控指令幀，同時飛行控制程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)進行本地保存和讀取，實現(xiàn)回放功能；鏈路控制程序向天線發(fā)送控制指令。

本系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能如下：

（1）.下行數(shù)據(jù)管理程序的主要功能包括：遙測數(shù)據(jù)的接收和分發(fā)、遙測數(shù)據(jù)的本地保存和讀取、任務(wù)載荷數(shù)據(jù)的接收和分發(fā)、任務(wù)載荷數(shù)據(jù)的本地保存和讀取。

（2）.飛行控制程序的主要功能包括：飛行控制指令的采集、遙控指令復(fù)接發(fā)送、與無人機飛行相關(guān)的遙測信息的顯示、遙控數(shù)據(jù)的本地保存和讀取、遙測遙控原始數(shù)據(jù)顯示等。

（3）.鏈路控制程序的主要功能包括：機地數(shù)據(jù)鏈路的遙測遙控、地面天線的控制。

（4）.航跡規(guī)劃/顯示程序的主要功能包括：航線規(guī)劃、航點/航線指令采集、地理位置和航跡顯示。

（5）.任務(wù)載荷控制程序的主要功能包括：任務(wù)載荷設(shè)備指令采集、任務(wù)載荷設(shè)備數(shù)據(jù)顯示。

本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)無人機地面站系統(tǒng)的主要功能特點，將各功能進行模塊化拆分，使各功能能夠根據(jù)實際任務(wù)需求和硬件資源條件進行組合，實現(xiàn)了地面站系統(tǒng)的靈活配置。

附圖說明

圖1為本系統(tǒng)的軟件構(gòu)成關(guān)系圖；

圖2為本系統(tǒng)的硬件構(gòu)成關(guān)系圖；

圖3為本系統(tǒng)的下行數(shù)據(jù)管理程序流程圖；

圖4為本系統(tǒng)的飛行控制程序流程圖；

圖5為本系統(tǒng)的鏈路控制程序流程圖；

圖6為本系統(tǒng)的航跡規(guī)劃/顯示程序流程圖；

圖7為本系統(tǒng)的任務(wù)載荷控制程序流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

參照圖1，本系統(tǒng)的軟件部分包括：飛行控制程序101、鏈路控制程序102、航跡規(guī)劃/顯示程序103、任務(wù)載荷控制程序104、其它擴展程序105、下行數(shù)據(jù)管理程序106。本系統(tǒng)軟件部分的詳細工作方式如下：

參照圖3，本系統(tǒng)的下行數(shù)據(jù)管理程序有以下步驟：首先通過鏈設(shè)備接收來自無人機的遙測數(shù)據(jù)幀，其中包括遙測數(shù)據(jù)和任務(wù)載荷數(shù)據(jù)，若收到遙測數(shù)據(jù)，則解析該遙測數(shù)據(jù)幀，提取出與通信鏈路相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)、與航跡相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)、與無人機飛行狀態(tài)相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)、與任務(wù)載荷相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)及與其它擴展程序相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，然后分別發(fā)送至鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、飛行控制程序、任務(wù)載荷控制程序及其它擴展程序，然后返回繼續(xù)接收來自無人機的遙測數(shù)據(jù)幀；若未收到遙測數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收來自無人機的遙測數(shù)據(jù)幀。

下行數(shù)據(jù)管理程序106通過數(shù)據(jù)鏈設(shè)備接收來自無人機的遙測數(shù)據(jù)幀，其中包括遙測數(shù)據(jù)和任務(wù)載荷數(shù)據(jù)。下行數(shù)據(jù)管理程序106解析該遙測數(shù)據(jù)幀，提取出與通信鏈路相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)、與航跡相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)、與無人機飛行狀態(tài)相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)、與任務(wù)載荷相關(guān)的數(shù)據(jù)及與其它軟件相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，分別發(fā)送至鏈路控制程序102、航跡規(guī)劃/顯示程序、飛行控制程序101、任務(wù)載荷控制程序104及其它擴展程序105。此外，下行數(shù)據(jù)管理程序106還可以將原始遙測幀或解析得到的各遙測數(shù)據(jù)、任務(wù)載荷數(shù)據(jù)保存至本地文件中。下行數(shù)據(jù)管理程序106可以讀取曾經(jīng)保存在本地文件中的以上數(shù)據(jù)，實現(xiàn)回放功能，如圖3所示。

參照圖4，本系統(tǒng)的飛行控制程序有以下步驟：該程序首先從三個渠道接收數(shù)據(jù)：一是接收從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的遙測數(shù)據(jù)；二是接收操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)；三是接收其它擴展程序發(fā)送來的遙控數(shù)據(jù)，若接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的與無人機飛行狀態(tài)相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，則在軟件界面上顯示飛行狀態(tài)變化，然后返回繼續(xù)接收遙測數(shù)據(jù)；若沒接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的與無人機飛行狀態(tài)相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收遙測數(shù)據(jù)；若接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，同時接收到其它擴展程序發(fā)送來的遙控數(shù)據(jù)，則將接收到的遙控數(shù)據(jù)組合成遙控指令，然后發(fā)送遙控指令給鏈路設(shè)備，同時在軟件界面上顯示，然后分別返回繼續(xù)接收遙控數(shù)據(jù)；如果沒接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，也沒接收到其它擴展程序發(fā)送來的遙控數(shù)據(jù)，則分別直接返回繼續(xù)接收遙控數(shù)據(jù)。

飛行控制程序101從下行數(shù)據(jù)管理程序106接收與無人機飛行狀態(tài)相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，在軟件界面上以數(shù)字、圖表的形式顯示出來，供操作人員了解無人機飛行狀態(tài)。操作人員可以通過飛行控制程序101的軟件界面輸入遙控指令控制無人機的飛行。飛行控制程序101的另一個重要作用是收集來自鏈路控制程序102、航跡規(guī)劃/顯示程序103、任務(wù)載荷控制程序104和其它控制程序的遙控指令數(shù)據(jù)，連同自身采集的遙控指令組合成統(tǒng)一的遙控指令幀發(fā)送至鏈路設(shè)備，進而遙控?zé)o人機。此外，飛行控制程序101還可以對以上的遙控指令數(shù)據(jù)進行本地保存和讀取，如圖4所示。

參照圖5，本系統(tǒng)的鏈路控制程序有以下步驟：該程序首先從兩個渠道接收數(shù)據(jù)，一是接收從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的遙測數(shù)據(jù)；二是接收操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)；若接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的與鏈路相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，則在軟件界面上顯示鏈路狀態(tài)變化，然后返回繼續(xù)接收遙測數(shù)據(jù)；若沒接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的與鏈路相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收遙測數(shù)據(jù)；若接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，則處理遙控數(shù)據(jù)；接下來判斷是否向伺服天線發(fā)送控制指令，若是則將控制指令發(fā)送至伺服天線，若不是則將控制指令發(fā)送至飛行控制程序；同時在軟件界面上輸入控制指令控制鏈路設(shè)備；若沒接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收遙控數(shù)據(jù)。

鏈路控制程序102從下行數(shù)據(jù)管理程序106接收與鏈路相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，在軟件界面上以數(shù)字、圖表的形式顯示出來，供操作人員了解鏈路工作狀態(tài)。操作人員可以通過鏈路控制程序102的軟件界面輸入控制指令控制鏈路設(shè)備。以上控制指令中包括對地面伺服天線的控制指令，這部分指令由鏈路控制程序102直接發(fā)送至伺服天線控制設(shè)備。其它與鏈路相關(guān)的控制指令由鏈路控制程序102發(fā)送至飛行控制程序101進行統(tǒng)一組幀，如圖5所示。

參照圖6，本系統(tǒng)的航跡規(guī)劃/顯示程序有以下步驟：該程序首先從兩個渠道接收數(shù)據(jù)，一是接收從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的遙測數(shù)據(jù)；二是接收操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)；若是接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的與航跡相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，則在軟件界面上顯示飛行航跡變化，然后返回繼續(xù)接收遙控數(shù)據(jù)；若沒接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的與航跡相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收遙控數(shù)據(jù)；若接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，則處理遙控數(shù)據(jù)，然后將遙控數(shù)據(jù)發(fā)送至飛行控制程序；同時在軟件界面上顯示飛行航跡變化；如果沒接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)。

航跡規(guī)劃/顯示程序103從下行數(shù)據(jù)管理程序106接收與航跡相關(guān)的遙測數(shù)據(jù)，在軟件界面上結(jié)合當?shù)氐貓D將無人機的所在位置和航跡顯示出來。操作人員可以通過航跡規(guī)劃/顯示程序103的軟件界面編輯航跡航點。航跡航點的變更情況以控制指令的形式由航跡規(guī)劃/顯示程序103發(fā)送至飛行控制程序101進行統(tǒng)一組幀，如圖6所示。

參照圖7，本系統(tǒng)的任務(wù)載荷控制程序有以下步驟：該程序首先從兩個渠道接收數(shù)據(jù)，一是接收從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的任務(wù)載荷采集的遙測數(shù)據(jù)；二是接收操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)；若是接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的任務(wù)載荷采集的遙測數(shù)據(jù)，則在軟件界面上顯示任務(wù)載荷內(nèi)容和狀態(tài)，然后返回繼續(xù)接收遙測數(shù)據(jù)；若沒接收到從下行數(shù)據(jù)管理程序發(fā)送來的任務(wù)載荷采集的遙測數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收遙測數(shù)據(jù)；若接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，則處理遙控數(shù)據(jù)，然后將遙控數(shù)據(jù)發(fā)送至飛行控制程序；同時在軟件界面上顯示任務(wù)載荷內(nèi)容和狀態(tài)；如果沒接收到操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)，則直接返回繼續(xù)接收操作人員輸入的遙控數(shù)據(jù)。

任務(wù)載荷控制程序104從下行數(shù)據(jù)管理程序106接收任務(wù)載荷采集的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同任務(wù)載荷數(shù)據(jù)在軟件界面以不同形式呈現(xiàn)給操作人員。以視頻圖像信息為例，任務(wù)載荷控制程序104將原始視頻圖像數(shù)據(jù)解碼顯示。操作人員可以通過任務(wù)載荷控制程序104的軟件界面輸入對任務(wù)載荷的控制指令。以上指令會被發(fā)送至飛行控制程序101進行統(tǒng)一組幀，如圖7所示。

其它擴展程序105作為對地面站控制系統(tǒng)功能的擴展，可以靈活的添加。這部分程序從下行數(shù)據(jù)管理程序106接收遙測數(shù)據(jù)，以特定方式將遙測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給操作人員。操作人員可以通過這部分程序輸入控制指令，實現(xiàn)對擴展功能的操作。以上控制指令數(shù)據(jù)會被發(fā)送至飛行控制程序101進行統(tǒng)一組幀。

以上所述的本系統(tǒng)的各個軟件可以靈活的增減，在滿足實際任務(wù)需求的情況下，對地面站控制系統(tǒng)進行優(yōu)化裁剪，避免資源浪費。

參照圖2，本系統(tǒng)的硬件部分包括：鏈路設(shè)備201、交換機202、計算機203、顯示器204、信號采集設(shè)備205、控制面板206和外部控制器207。

本系統(tǒng)硬件部分的詳細工作方式如下：

本系統(tǒng)的鏈路設(shè)備201通過伺服天線建立無人機與地面站之間的通信鏈路，負責(zé)向無人機發(fā)送遙控指令幀和接收遙測數(shù)據(jù)幀。鏈路設(shè)備201通過串口與計算機203連接，直接接收遙控指令幀和發(fā)送數(shù)據(jù)量較小的遙測數(shù)據(jù)幀。鏈路設(shè)備201還可以通過TCP/IP協(xié)議向計算機203發(fā)送數(shù)據(jù)量較大的任務(wù)載荷數(shù)據(jù)。

對于系統(tǒng)中只有一臺計算機的情況，無需交換機202，鏈路設(shè)備201與計算機203可直接建立TCP/IP連接。對于系統(tǒng)中有多臺計算機的情況，需要交換機202保證鏈路設(shè)備201與計算機203間的TCP/IP連接。

本系統(tǒng)的計算機203中運行上述的各個子程序，與鏈路設(shè)備通過串口或TCP/IP協(xié)議連接，接收遙測數(shù)據(jù)幀和發(fā)送遙控指令幀。計算機203通過串口與信號采集設(shè)備連接，接受來自控制面板和外部控制器的遙控指令信號。飛行控制程序101會將以上信號中的遙控指令數(shù)據(jù)連同其它遙控指令數(shù)據(jù)統(tǒng)一組幀。根據(jù)軟件需求和硬件資源，本系統(tǒng)可以采用單一計算機或多臺計算機連接交換機協(xié)同工作。交換機負責(zé)保證各計算機和鏈路設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。此外，計算機203和顯示器204連接，軟件界面顯示遙測信息，采集遙控指令數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)的信號采集設(shè)備205通過串口與計算機203連接，負責(zé)采集從控制面板或外部控制器輸入的遙控指令信號?？刂泼姘?06通過其上的鍵盤、鼠標、按鈕、旋鈕、搖桿等設(shè)備采集操作人員輸入的遙控指令信號。外部控制器207與地面站箱體分離，與信號采集設(shè)備通過有線或無線方式連接，可以選擇飛機遙控器或其它設(shè)備，通過其上的按鈕、旋鈕、搖桿等設(shè)備采集操作人員輸入的遙控指令信號。

本系統(tǒng)的控制面板206位于地面站箱體上，供操作人員輸入控制指令。外部控制器207位于地面站箱體之外，供操作人員遠程輸入控制指令。顯示器負責(zé)顯示各子程序內(nèi)容。根據(jù)子程序運行需求可采用單個顯示器顯示，或多個顯示器分別顯示。