CN102591346A - 一种手持式小型无人机地面监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式无人机地面监控设备，它基于手持式、单人操作的思想设计，在监测无人机遥测数据的同时，发送遥控指令控制无人机的飞行和云台设备；设备可以采用多种方式采集操作者输入的指令，包括：触摸屏、摇杆、按键以及三轴重力感应传感器；设备具有语音提示功能。采用本发明，单一操作者即可完成通常需要多人协作完成的复杂无人机监控任务，便捷，实时性好。

Description

一种手持式小型无人机地面监控系统

技术领域

本发明属于无人机领域，是一种手持式小型无人机地面监控系统。

背景技术

无人机驾驶飞机简称无人机，是一种动力驱动的、无线电操控或者自主控制的不载人飞行器。其中小型无人机一般指起飞重量小于10KG的无人机，由于具有体积小、重量轻、操作灵活以及可搭载任务平台等诸多特点，近年来小型无人机在军事侦察、地质测绘、灾情监测和航空拍摄等方面发挥着越来越多的作用，显示出巨大的应用前景。无人机地面监控系统是无人机的控制中心，主要完成实时采集、分析遥测数据，发送遥控指令，显示飞行状态等功能，是无人机系统的核心部分，直接影响系统的性能。

附图1为现在普遍使用的小型无人机地面监控系统。如图所示，地面站PC通过链路通信站接收无人机发送的遥测数据并定时向其发送部分遥控指令，对无人机的飞行控制是通过无线遥控器来实现的。地面站PC和无线遥控器各需要一名操作人员来控制。

在大部分时间，无人机都位于操作者视线之外。操作人员对无人机的姿态监控、飞行控制和对云台设备的控制都依赖于无人机回传的遥测数据，而传统的小型无人机地面监控系统的设计只能保证地面站PC的操作人员可以实时了解遥测信息。对无人机进行飞行控制的无线遥控器的操作人员想要知道无人机的飞行状态只能通过PC操作人员的转达，十分不便。

现有的小型无人机地面站大多使用便携式计算机外加保护箱组成，体积较大，输入设备主要是键盘和鼠标。

此外，现有技术的无线遥控器只能对无人机的飞行做出控制，而对于搭载的云台设备，只能通过地面站PC进行控制，两名操作人员需要良好的沟通协作才能完成好飞行任务。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种手持式小型无人机地面监控设备，该设备仅需要一名操作人员就可以完成无人机的飞行控制、云台设备的控制和无人机遥测数据的检测，设备体积小、重量轻、方便携带，满足了小型无人机低成本，集成化的要求，提高了小型无人机飞行控制便利性和实时性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种手持式小型无人机地面监控系统，包括中央处理模块、电源模块、存储模块、数据链路模块、摇杆及按键模块、重力传感器模块、扬声器模块和显示模块；

所述的存储模块、数据链路模块、摇杆及按键模块、重力传感器模块、扬声器模块和显示模块与中央处理器模块相连，电源模块对其他所有模块供电；

所述的存储模块完成系统数据的存储；

所述的数据链路模块完成与链路通信站的通信；

所述的摇杆及按键模块包括飞行控制摇杆、云台设备控制摇杆和系统设置按键，飞行控制摇杆用来对无人机进行飞行控制，云台设备控制摇杆对云台进行控制，系统设置按键用以完成对手持式小型无人机地面监控设备的基本设置；

所述的重力传感器模块选用三轴重力感应传感器，用来采集手持式小型无人机地面监控设备的姿态，对云台设备进行控制

所述的扬声器模块用来播放设备的语音提示，语音提示包括当前无人机的飞行状态、危险的飞行姿态和数据链路的状态；

所述的显示模块采用电容式多点触摸屏，完成对系统界面的显示，通过滑动或者点击对系统界面进行缩放和输入控制指令；

一种手持式小型无人机地面站监控系统的显示界面包括飞行地图区、飞行状态区、航拍影像区、飞行控制状态区、云台设备控制状态区、虚拟键盘区和系统设置区；

飞行地图区使用高精度三维导航地图，采用经度、纬度和高度确定无人机位置，显示预定的任务航迹和当前无人机的飞行航迹；通过点击飞行地图指定或修改预定任务航迹，指定的航迹数据通过数据链路模块发给无人机；

飞行状态区接收数据链路模块传输的飞行状态信息，采用高性能虚拟仪表和三维飞机模型显示无人机当前的飞行状态信息，包括无人机的飞行姿态、发动机及舵机的电压、舵机的位置、目标航点的状态、数据链路的状态以及飞行时间；

航拍影像区显示当前航拍设备拍摄的图像；

飞行控制状态区显示当前手控舵面状态和飞机舵面状态；

云台设备控制状态区显示当前手控云台角度和实际云台角度；

虚拟键盘区完成数据以及指令的输入；

系统设置区完成系统功能的设置。

本方法的有益效果是：

1)构建了集成化、手持式的地面监控设备，便于单人在控制无人机和云台设备的同时对无人机遥测数据进行检测；

2)对遥测数据按类别分发，利用多线程技术对遥测数据进行处理、存储并显示，显示速度快，实时性好；

3)提供多种控制方式，满足不同应用环境的需求。

附图说明

图1为传统无人机系统示意图图。

图2为本发明地面监控系统示意图。

图3为本发明功能模块示意图。

图4为本发明显示界面示意图。

图5为本发明设备前面板示意图。

图6为本发明设备工作流程。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图对本发明进行详细说明。

一种手持式小型无人机地面监控设备，构建了一种集成化、手持式、单一操作者的无人机地面监控系统，系统组成见图2。系统通过数据链路模块与链路通信站相连，系统通过链路通信站与无人机之间进行通信，系统将无人机的飞行控制、云台设备的控制和遥测数据的监测集成到了一台设备上，操作人员可以在控制无人机和云台设备的同时对无人机的遥测数据进行监测。

图3为系统的功能模块组成图，如图所示，一种手持式小型无人机地面站监控系统包括中央处理模块、电源模块、存储模块、数据链路模块、摇杆及按键模块、重力传感器模块、扬声器模块和显示模块。

存储模块、数据链路模块、摇杆及按键模块、重力传感器模块、扬声器模块和显示模块与中央处理模块相连，电源模块为其他所有模块供电；

中央处理模块选用S3C6410核心板；

存储模块选用K9GAG08U0E Nand Flash，用来存储系统数据；

数据链路模块选用W5100网口模块，通过网线与链路通信站相连，手持式小型无人机地面站监控系统通过链路通信站与无人机进行通信；

摇杆及按键模块包括飞行控制摇杆、云台设备控制摇杆和系统设置按键，飞行控制摇杆用来对无人机的飞行进行控制，云台设备控制摇杆用来控制云台设备，系统设置按键用来完成对手持式小型无人机地面监控设备的基本设置；

重力传感器模块选用BMA020三轴重力加速度传感器，用来采集手持式小型无人机地面监控设备的姿态，对云台设备进行控制；

扬声器模块选用JMS1035AW微型扬声器，用来播放设备的语音提示，语音提示包括当前无人机的飞行状态、危险的飞行姿态和数据链路的状态；

显示模块选用10.1寸电容触摸屏，完成对系统界面的显示，通过滑动或者点击对系统界面进行缩放和输入控制指令；

图4为本发明显示界面示意图，系统显示界面包括飞行地图区、飞行状态区、航拍影像区、飞行控制状态区、云台设备控制状态区、虚拟键盘区和系统设置区。

飞行地图区使用高精度三维导航地图，采用经度、纬度和高度确定无人机位置，显示预定的任务航迹和当前无人机的飞行航迹；通过点击飞行地图指定或修改预定任务航迹，指定的航迹数据通过数据链路模块发给无人机；

飞行状态区采用高性能虚拟仪表和三维飞机模型显示无人机当前的飞行状态信息，包括无人机的飞行姿态、发动机及舵机的电压、舵机的位置、目标航点的状态、数据链路的状态以及飞行时间；

航拍影像区显示当前航拍设备拍摄的图像；

飞行控制状态区显示当前手控舵面状态和飞机舵面状态；

云台设备控制状态区显示当前手控云台角度和实际云台角度；

虚拟键盘区完成数据以及指令的输入；

系统设置区完成系统功能的设置。

图5为系统设备前面板示意简图，其中左右为飞行和云台设备控制摇杆区，放置了飞行控制和云台设备控制摇杆；中间为触摸屏，是系统的主要显示和操作界面；最下方是系统的设置按键区，完成系统的基本设置；最上方是扬声器。

图6所示为设备的工作流程，流程如下：

步骤一：初始化设备，包括各功能模块的初始化；

步骤二：选择设备工作模式，监控模式或者回放模式；

选择地面控制设备为监控模式或者回放模式，监控模式下设备接收来自无人机定时发送的遥测信息，处理、存储并显示，同时不定时向无人机和云台设备发送控制指令，对其进行控制；回放模式下定时从数据库中取出监控模式下存储的遥测数据，按照同样的方式对数据进行显示。

步骤三：选择监控模式下云台设备的控制方式，使用摇杆控制或者重力传感器控制；

本发明的云台设备控制方式有两种，分别对应两种不同的应用环境。使用摇杆控制云台设备，需要将地面监控设备固定放置，并关闭设备的重力传感器模块，通过操作摇杆，操作者可以对设备的旋转角度进行控制；使用重力传感器控制云台设备，需要操作者手持地面监控设备，开启设备的传感器模块，通过改变设备的姿态对云台设备进行控制。

步骤四：监控模式下对无人机和云台设备进行控制；

使用设备上的飞行控制摇杆对无人机进行控制，根据步骤三选择的云台设备控制方式，对云台设备进行控制，控制指令打包后通过数据通信模块发往无人机。

步骤五：监控模式下接收、处理并存储遥测数据；

数据通信模块接收来自无人机的遥测数据，按照预定的数据帧格式对遥测数据进行解析，将解析后的数据发送到数据存储及回放模块中的数据库进行存储。

步骤六：监控模式下将遥测数发送到数据显示模块进行显示；

遥测数据被解析后，数据通信模块按照数据类别将数据分发到数据显示模块的各子模块进行显示，包括航迹信息的显示、飞行状态的显示和航拍影像的显示。

步骤七：回放模式下从数据库中取出遥测数据；

选择回放模式后，数据存储及回放模块按照无人机发送遥测数据的定时间隔，将存储在数据中的遥测数据取出。

步骤八：回放模式下将遥测数据发送到数据示模块进行显示；

数据存储及回放模块取出遥测数据后，将遥测数据按数据类别分发到数据显示模块的各子模块进行显示，显示的类别与监控模式下遥测数据的显示相同，做到飞行任务的回放。

步骤九：结束工作，关机。

Claims (2)

1.一种手持式小型无人机地面站监控系统，包括中央处理模块、电源模块、存储模块、数据链路模块、摇杆及按键模块、重力传感器模块、扬声器模块和显示模块；其特征在于：

存储模块、数据链路模块、摇杆及按键模块、重力传感器模块、扬声器模块和显示模块与中央处理器模块相连，电源模块对其他所有模块供电；

数据链路模快通过网线与链路通信站相连，手持式小型无人机地面站监控系统通过链路通信站与无人机进行通信；

摇杆和按键模块包括飞行控制摇杆、云台设备控制摇杆和系统设置按键，飞行控制摇杆用来对无人机进行飞行控制，云台设备控制摇杆对云台进行控制，系统设置按键用以完成对手持式小型无人机地面监控设备的基本设置；

重力传感器模块选用三轴重力感应传感器，用来采集手持式小型无人机地面监控设备的姿态，对云台设备进行控制

扬声器模块用来播放设备的语音提示，语音提示包括当前无人机的飞行状态、危险的飞行姿态和数据链路的状态；

显示模块采用电容式多点触摸屏，完成对系统界面的显示，通过滑动或者点击对系统界面进行缩放和输入控制指令。

2.一种手持式小型无人机地面站监控系统，其特征在于，显示模块包括飞行地图区、飞行状态区、航拍影像区、飞行控制状态区、云台设备控制状态区、虚拟键盘区和系统设置区。

飞行地图区使用高精度三维导航地图，采用经度、纬度和高度确定无人机位置，显示预定的任务航迹和当前无人机的飞行航迹；通过点击飞行地图指定或修改预定任务航迹，指定的航迹数据通过数据链路模块发给无人机；

飞行状态区接收数据链路模块传输的飞行状态信息，采用高性能虚拟仪表和三维飞机模型显示无人机当前的飞行状态信息，包括无人机的飞行姿态、发动机及舵机的电压、舵机的位置、目标航点的状态、数据链路的状态以及飞行时间；

航拍影像区显示当前航拍设备拍摄的图像；

飞行控制状态区显示当前手控舵面状态和飞机舵面状态；

云台设备控制状态区显示当前手控云台角度和实际云台角度；

虚拟键盘区完成数据以及指令的输入；

系统设置区完成系统功能的设置。

Images