CN103809600B - 一种无人飞艇的人机交互控制系统 - Google Patents

一种无人飞艇的人机交互控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103809600B
CN103809600B CN201410077151.7A CN201410077151A CN103809600B CN 103809600 B CN103809600 B CN 103809600B CN 201410077151 A CN201410077151 A CN 201410077151A CN 103809600 B CN103809600 B CN 103809600B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
flight
data
layer
dirigible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410077151.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103809600A (zh
Inventor
胡少兴
朱煜坤
刘瑞瑞
刘东昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201410077151.7A priority Critical patent/CN103809600B/zh
Publication of CN103809600A publication Critical patent/CN103809600A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103809600B publication Critical patent/CN103809600B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Toys (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)

Abstract

本发明提供了一种无人飞艇的人机交互控制系统,该系统主要包括接口层、处理层、用户层三部分。接口层包括通信模块和视频采集模块。处理层主要包含下行数据解析模块和上行数据发送模块。用户层具有飞艇姿态显示,飞行轨迹显示,数字显示,仪表盘,飞行数据存储,飞行记录查询与轨迹回放,视频显示、保存与回放,命令操作多个功能模块。与传统飞行控制人机交互系统相比,本发明提供的系统具有界面友好、操作简单、功能完善、数据处理速度快、可靠性高等优点。

Description

一种无人飞艇的人机交互控制系统
技术领域
本发明涉及无人飞行器自动控制领域和计算机应用系统技术领域。本发明主要适用于无人飞艇飞行控制,是一种无人飞艇的人机交互控制系统。
背景技术
随着航空航天技术和自动控制技术的快速发展,飞艇飞行的艇载控制设备和早期的设备相比已经发生了巨大的变化。现有的飞行控制交互软件多使用传统界面模式,交互性差,友好性低;功能单一,均不具有飞行姿态动态实时显示功能;且多数是为无人机飞行控制开发,不能很好地适用于新型飞艇的飞行控制,给实际操作带来了诸多不便,影响了飞艇的研究进展。
如南京航空航天大学宋渊硕士在其硕士论文《空中机器人自动驾驶仪软件及地面测控软件的设计》中介绍了空中机器人地面站测控软件的设计与实现过程。专利号为201110147667.0的《一种无人器地面站远程操控装置》介绍了基于GoogleEarth的地面站监控计算机,实时获取无人器的运动状态并通过GoogleEarth显示无人器的运动姿态和运行轨迹。这两种地面站为通用无人飞行器设计,对于飞艇这种较为特殊的飞行器适用性较差,且《一种无人器地面站远程操控装置》专利是基于GoogleEarth开发的,GoogleEarth需要良好的网络环境进行大量数据交换,这就对飞艇飞行环境进行了严格的限制,使得地面站不能广泛适用于野外飞行。王田苗、李晓宇等在《一种具有通用性无人飞艇飞行控制系统》论文中提到了地面站软件,该软件具有航姿和位置示波器、电子地图、飞行仪表等功能,该软件主要侧重于参数调试,没有飞艇姿态图像显示功能,不能直观地观察飞艇的飞行姿态,且同样需要地面站联网,限制了飞艇的飞行范围。
本发明目的在于提供一种无人飞艇的人机交互控制系统。该系统与传统飞行控制人机交互系统相比,具有界面友好、操作简单、功能完善、数据处理速度快、可靠性高、成本低等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题为:提供一种无人飞艇的人机交互控制系统,该系统与当前飞艇飞行控制模式相匹配,基于新式飞艇的飞行特点和控制方式,提出界面规划方法,划分相应功能模块。同时根据飞行数据的重要性,划分层次,利用并行计算的方法完成实时数据处理与传输,保障飞行品质。
本发明采用的技术方案为:一种无人飞艇的人机交互控制系统,包括接口层、处理层和用户层,其中:
所述的接口层,也称硬件层,直接访问计算机硬件,获取飞行数据,发送飞行指令,采集视频图像信息;
所述的处理层,对接口层获取的数据进行解析传递给用户层,打包用户层传递上来的需要发送的飞行指令数据;
所述的用户层,实现具体功能,提供与用户交互的界面。
进一步的,接口层包括通信模块和视频采集模块,其中:
接口层的通信模块,接收由艇载飞行控制设备发送、无线设备传输的飞行数据,发送经处理打包、通过无线设备传输、由艇载设备接收的飞行指令,通信模块支持串口通信和USB通信,用户可根据设备自行选择传输速率、端口;
接口层的视频采集模块,对无线设备传输回的视频图像信息进行采集,传递给用户层应用模块做进一步处理,无线设备传输回的视频图像为模拟信号,经过视频采集卡转换成数字信号。
进一步的,处理层主要包含下行数据解析模块和上行数据发送模块,其中:
处理层的下行数据解析模块,对通信模块接收的飞行数据进行解析,提取有效信息,将处理后数据传递给用户层应用模块;
处理层的上行数据发送模块,对用户层形成的飞行指令进行打包压缩处理,将处理后的可发送数据传递给通信模块。
进一步的,用户层具有飞艇姿态显示,飞行轨迹显示,数字显示,仪表盘,飞行数据存储,飞行记录查询与轨迹回放,视频显示、保存与回放,命令操作多个功能模块,其中:
用户层的飞艇姿态显示功能模块实时动态显示飞艇俯仰、偏航和滚转的姿态,实时动态显示飞艇推进螺旋桨、升降舵、方向舵部件的运动状态,显示模拟环境。此模块在读取飞艇模型数据和场景信息后,定时获取下行数据解析模块传递的飞行数据,利用专业图形模块接口绘制图像并不断刷新,用户可根据该模块显示的图像,观察飞艇的飞行情况、估计飞行指令执行的效果;
用户层的飞行轨迹功能模块能够加载地图,绘制预定航线,实时准确显示飞艇的飞行轨迹,精确显示飞艇所处地点的经纬度、高度和其他周围环境信息。该模块采用了地理信息系统二次开发组件,用户在该模块的面板上移动时,本系统可获取指针所指地点的经纬度并显示,用户可测量地图上两点或多点的距离,用户设置飞行轨迹或航点时,须点击该模块面板地图上相对应的点,本系统获取轨迹或航点信息,在该面板上绘制预定航迹,在飞艇飞行过程中,该模块获取下行数据解析模块传递的飞行数据,实时显示飞艇的飞行位置、绘制飞艇的飞行轨迹,用户可根据该模块的显示信息,进行误差估算、位置判断、调整飞行计划;
用户层的数字显示功能模块和仪表盘功能模块,利用数字和仪表两种不同的方法显示飞艇的飞行数据,直观地反映了飞行状态和环境数据,为飞行监测提供了良好的基础。数字显示易于实现,仪表盘采用了自制仪表组件,该模块定时获取下行数据解析模块传递的飞行数据,不断刷新;
用户层的数据存储功能模块是选用模块,能够实时记录飞艇飞行数据,存储与数据库中,并能够随时调出,以便浏览、分析。当用户需要记录飞行数据时,可点击菜单栏打开该模块的窗口,填写飞行日期、起飞地、目的地飞行信息,选择需要记录的数据项,提交后,本系统开始根据下行数据解析模块传递的飞行数据,保存选择的记录项到数据库中,当用户不再需要记录飞行数据,可打开该模块的窗口,选择停止记录,本系统便停止记录飞行数据;
用户层的飞行记录查询和轨迹回放模块是选用模块,可以按飞行时间查询数据库中的飞行记录,回放飞行轨迹。当用户需要查询飞行记录时,可打开该模块窗口,选择查询的时间段,本系统便返回该时间段内的所有飞行记录,同时可绘制数据统计图以便用户参考;
用户层的视频显示、保存与回放功能模块是选用模块,实时显示、保存、回放飞艇艇载摄像机返回图像。当飞艇上装载摄像装置,用户需要监控飞艇内部设备状态或观察飞行环境时,可打开此模块的窗口,选择连接后,窗口显示当前返回的视频图像,同时该模块还支持保存、回放、截图功能,在用户需要时可使用;
用户层的命令操作功能模块选择控制方式、选择飞行模式、形成飞行控制指令。控制方式分手动和自动两种;飞行模式分轨迹飞行、目标点飞行、姿态飞行三种。轨迹飞行模式下,用户需要在地图面板中设置飞行轨迹;目标点飞行模式下,用户需要在地图面板中设置航点;姿态飞行模式下,用户需输入飞艇飞行姿态要求和高度、速度要求,提交选择、设置或输入信息后,本系统将自动获取用户提交的飞行指令信息,将飞行指令信息传递给处理层的上行数据发送模块。
另外,本发明的较佳技术方案介绍如下:
如图1所示,在本发明一个较佳实施例中,具有接口层、处理层、用户层三部分。接口层,指直接访问计算机硬件、接收和发送飞行数据、采集视频图像数据的底层应用程序;处理层,是对接口层接收的数据进行解析、打包发送数据的中间处理环节应用程序;用户层,是实现具体功能、提供与用户交互的界面的顶层应用程序。
如图1所示,在本发明一个较佳实施例中,所述接口层包括通信模块和视频采集模块。
在本发明一个较佳实施例中,所述通信模块,接收由艇载飞行控制设备发送、无线设备传输的飞行数据,发送经处理打包、通过无线设备传输、由艇载设备接收的飞行指令。
在本发明一个较佳实施例中,所述视频采集模块,对无线设备传输回的视频图像信息进行采集,传递给用户层应用程序做进一步处理。
如图1所示,在本发明一个较佳实施例中,所述处理层主要包含下行数据解析模块和上行数据发送模块。
在本发明一个较佳实施例中,所述下行数据解析模块,对通信模块接收的飞行数据进行解析,提取有效信息,将处理后数据传递给用户层应用程序。
在本发明一个较佳实施例中,所述上行数据发送模块,对用户层形成的飞行指令进行打包压缩处理,将处理后的可发送数据传递给通信模块。
如图1所示,在本发明一个较佳实施例中,所述用户层具有飞艇姿态显示,飞行轨迹显示,数字显示,仪表盘,飞行数据存储,飞行记录查询和轨迹回放,视频显示、保存与回放,命令操作多个功能模块。
在本发明一个较佳实施例中,所述飞艇姿态显示功能模块实时动态显示飞艇俯仰、偏航和滚转的姿态,实时动态显示飞艇推进螺旋桨、升降舵、方向舵等部件的运动状态,显示模拟环境,如图2所示。
在本发明一个较佳实施例中,所述飞行轨迹功能模块能够加载地图,绘制预定航线,实时准确显示飞艇的飞行轨迹,精确显示飞艇所处地点的经纬度和其他周围环境信息,如图3所示。
在本发明一个较佳实施例中,所述数字显示功能模块和仪表盘功能模块,利用数字和仪表两种不同的方法显示飞艇的飞行数据,直观地反映了飞行状态和环境数据,为飞行监测提供了良好的基础。
在本发明一个较佳实施例中,所述数据存储功能模块能够实时记录飞艇飞行数据,存储到数据库中,以便随时调出、浏览、分析。
在本发明一个较佳实施例中,所述飞行记录查询和轨迹回放模块,可以按飞行时间查询数据库中的飞行记录,回放飞行轨迹。
在本发明一个较佳实施例中,所述视频显示、保存与回放功能模块实时显示、保存、回放飞艇艇载摄像机返回图像。
在本发明一个较佳实施例中,所述命令操作功能模块选择控制方式、形成飞行控制指令。
本发明的有益效果是:一种无人飞艇的人机交互控制系统,界面友好、操作简单,操作人员经过短期学习即可使用;功能丰富、组织合理,本发明提出的方法覆盖了飞艇飞行控制的不同方面,适应新式飞艇艇载飞控设备的要求;处理实时、运行可靠,本发明提出的方法处理数据速度快、效率高,保障飞艇的飞行品质。
附图说明
为了清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍,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它的附图,其中:
图1是本发明无人飞艇的人机交互控制系统一个较佳实施例的结构示意图。
图2是本发明无人飞艇的人机交互控制系统一个较佳实施例中飞行姿态显示功能模块的效果图。效果图是系统运行截图,显示装载对称尾翼、吊舱、涵道螺旋桨的纺锤状飞艇在空中飞行。
图3是本发明无人飞艇的人机交互控制系统一个较佳实施例中飞行轨迹显示功能模块的效果图。效果图是系统运行截图,显示飞艇近似矩形的预设飞行轨迹和实际飞行轨迹。直线表示预设飞行轨迹,由航点构成的曲线为实际飞行轨迹。
图4是本发明无人飞艇的人机交互控制系统一个较佳实施例的使用流程图。
图5是本发明无人飞艇的人机交互控制系统一个较佳实施例中飞艇姿态显示功能模块所用的模型示意图。图中1为艇囊;2为方向舵;3为升降舵;4为尾翼;5为涵道螺旋桨;6为吊舱。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明实施例包括:
一种无人飞艇的人机交互控制系统,包括接口层、处理层、用户层三部分。
接口层,包括通信模块和视频采集模块,指直接访问计算机硬件、获取和发送飞行数据、获取视频图像数据的底层应用模块。
处理层,指对接口层接收的数据进行解析、打包发送数据的中间处理环节应用模块,主要包含下行数据解析模块和上行数据发送模块。
用户层,实现具体功能、提供与用户交互的界面的顶层应用模块,具有飞艇姿态显示、飞行轨迹显示、数字显示、仪表盘、飞行数据存储、飞行记录查询和轨迹回放、视频显示、保存与回放多个功能模块。
接口层的通信模块,接收由艇载飞行控制设备发送、无线设备传输的飞行数据,发送经处理打包、通过无线设备传输、由艇载设备接收的飞行指令。通信模块支持串口通信和USB通信。用户可根据设备自行选择传输速率、端口等。
接口层的视频采集模块,对无线设备传输回的视频图像信息进行采集,传递给用户层应用模块做进一步处理。无线设备传输回的视频图像为模拟信号,经过视频采集卡转换成数字信号。
处理层的下行数据解析模块,对通信模块接收的飞行数据进行解析,提取有效信息,将处理后数据传递给用户层应用模块。
处理层的上行数据发送模块,对用户层形成的飞行指令进行打包压缩处理,将处理后的可发送数据传递给通信模块。
用户层的飞艇姿态显示功能模块实时动态显示飞艇俯仰、偏航和滚转的姿态,实时动态显示飞艇推进螺旋桨、升降舵、方向舵等部件的运动状态,显示模拟环境。此模块在读取飞艇模型数据和场景信息后,定时获取下行数据解析模块传递的飞行数据,利用专业图形模块接口绘制图像并不断刷新。用户可根据该模块显示的图像,观察飞艇的飞行情况、估计飞行指令执行的效果。该功能模块的效果如图2所示。
用户层的飞行轨迹功能模块能够加载地图,绘制预定航线,实时准确显示飞艇的飞行轨迹,精确显示飞艇所处地点的经纬度、高度和其他周围环境信息。该模块采用了地理信息系统二次开发组件。用户在该模块的面板上移动时,本系统可获取指针所指地点的经纬度并显示。用户可测量地图上两点或多点的距离。用户设置飞行轨迹或航点时,须点击该模块面板地图上相对应的点,本系统获取轨迹或航点信息,在该面板上绘制预定航迹。在飞艇飞行过程中,该模块获取下行数据解析模块传递的飞行数据,实时显示飞艇的飞行位置、绘制飞艇的飞行轨迹。用户可根据该模块的显示信息,进行误差估算、位置判断、调整飞行计划等。
用户层的数字显示功能模块和仪表盘功能模块,利用数字和仪表两种不同的方法显示飞艇的飞行数据,直观地反映了飞行状态和环境数据,为飞行监测提供了良好的基础。数字显示易于实现,仪表盘采用了自制仪表组件。该模块定时获取下行数据解析模块传递的飞行数据,不断刷新。
用户层的数据存储功能模块是选用模块,能够实时记录飞艇飞行数据,存储与数据库中,并能够随时调出,以便浏览、分析。当用户需要记录飞行数据时,可点击菜单栏打开该模块的窗口,填写飞行日期、起飞地、目的地等飞行信息,选择需要记录的数据项。提交后,本系统开始根据下行数据解析模块传递的飞行数据,保存选择的记录项到数据库中。当用户不再需要记录飞行数据,可打开该模块的窗口,选择停止记录,本系统便停止记录飞行数据。
用户层的飞行记录查询和轨迹回放模块是选用模块,可以按飞行时间查询数据库中的飞行记录,回放飞行轨迹。当用户需要查询飞行记录时,可打开该模块窗口,选择查询的时间段,本系统便返回该时间段内的所有飞行记录,同时可绘制数据统计图以便用户参考。用户层的视频显示、保存与回放功能模块是选用模块,实时显示、保存、回放飞艇艇载摄像机返回图像。当飞艇上装载摄像装置,用户需要监控飞艇内部设备状态或观察飞行环境时,可打开此模块的窗口。选择连接后,窗口显示当前返回的视频图像。同时该模块还支持保存、回放、截图等功能,在用户需要时可使用。
用户层的命令操作功能模块选择控制方式、选择飞行模式、形成飞行控制指令。控制方式分手动和自动两种。飞行模式分轨迹飞行、目标点飞行、姿态飞行三种。轨迹飞行模式下,用户需要在地图面板中设置飞行轨迹;目标点飞行模式下,用户需要在地图面板中设置航点;姿态飞行模式下,用户需输入飞艇飞行姿态要求和高度、速度等其他要求。提交选择、设置或输入信息后,本系统将自动获取用户提交的飞行指令信息,将飞行指令信息传递给处理层的上行数据发送模块。
参阅图4,本发明的一个较佳实施例的操作过程如下详述:
系统开始运行后,首先要配置端口号、比特率、数据位、停止位、校验位等参数,建立系统与外部辅助硬件的通信,辅助硬件主要指飞行控制器与图像采集设备。一般,系统与飞行控制器之间通过RS232串口连接,与视频采集卡之间通过USB连接。
通信成功后,进行起飞检查,首先检查飞艇自身的基本参数,包括主电源与备用电源的电量;温度计、湿度计、高度计、磁力计、加速度计、GPS接收器等传感器的工作状态;升降舵、方向舵、转涵的正常运动;发动机的状态。自检结束后,对起飞的环境条件进行检测,包括温度、湿度、风力、高度、磁场等参数,并且判断飞艇是否可以正常起飞。若飞艇自身的参数或者外部环境不能满足飞艇飞行条件时,根据检测结果显示相应的报警信号,若满足飞行条件,则显示检测程序通过。
起飞前,飞行轨迹模块载入飞行区域的地图并显示。飞艇起飞时,可以通过命令操作面板选择手动或者自动起飞两种模式。手动模式下,飞艇依靠地面的飞控手通过遥控器控制飞艇的发动机转速、转涵、升降舵、方向舵来控制飞艇姿态,从而实现起飞;自动模式下,飞艇通过飞行控制器控制,可通过命令操作面板选择不同的飞行模式,不断地调节参数,保证飞艇以预定的角度顺利起飞。通常情况下,在起飞阶段初期采用手动模式,等飞艇平稳飞行到一定高度后,采用自动模式。
飞艇升空后,按照人机交互系统设置的模式飞行,此时系统的作用表现为两点:监测与采集、飞行控制。监测与采集,系统通过无线视频收发器接收飞艇上多个摄像头的视频并且保存数据,另外,系统同时实时地对飞艇的飞行状态参数进行检测并且将采集到的数据显示给飞控手,包括飞行速度、高度、倾角、方向等参数通过电子仪表直观的显示到屏幕上,以供地面工作人员实时地了解飞艇的飞行状态,保证飞行的安全,并且,可以对飞艇的各个飞行参数进行读取,绘图、为实验人员提供更为精确的数据;飞行控制,飞行控制是本系统的又一重要功能,负责对飞行中的飞艇进行人为的控制,使其按照要求飞行,地面控制人员可以实时添加或者删除飞行轨迹航点、控制飞艇升降舵、方向舵、转涵角度、发动机转速,从而保证在必要时对飞艇进行人为干预。
当飞艇飞行出现紧急情况时,系统可以将飞艇的控制模式切换为手动控制模式,地面人员通过遥控器控制飞艇飞行,防止飞艇失控。
飞行任务执行完毕后,通过系统选择飞艇的降落方式。降落方式包括手动降落与自动降落。一般来说,当地面状况不理想时,选择手动降落方式,控制人员通过系统或者遥控器控制飞艇着陆,保证了控制的灵活性与安全性;当地面状况理想时,可以选择自动降落模式,飞艇依靠自身的控制系统来实现平稳着陆。
本发明的一个较佳实施例的人机交互控制系统与飞行控制器之间交互使用的基于数据链路层帧结构的自定义通讯协议如下:
帧头:接收端通过帧头识别噪声和有效数据。
帧尾:在无线通讯中信息的容错控制是很重要的一环,为保证数据传输的可靠性,提高系统的抗干扰能力而添加。本系统在帧尾设置了校验码。校验码是对遥控数据帧所有字节的数据进行异或的结果,系统通过帧尾判断接收数据是否有误码。
数据部分:数据部分主要分为上行数据和下行数据。上行数据主要为控制命令;下行数据主要为传感器数据和飞行控制器制导指令数据。控制命令主要包括:起飞检查、起飞方式、飞行方式、控制模式、降落方式、紧急刹车等;传感器数据主要包括:飞艇沿坐标轴方向的加速度、旋转加速度、速度,俯仰角、偏航角,飞行高度、垂直速度,经纬度等;飞行控制器制导指令数据主要包括:发动机转速、涵道螺旋桨转涵角、升降舵偏转角、方向舵偏转角等。为了能够灵活传输数据,准确判别数据类型,每个数据单元采用固定的6个字节长度,数据单元前面的2个字节为标志符,用以判别数据类型,数据单元的后4个字节为实际数据。不同数据类型的数据精度不一,长度不同,但为了便于传输和解析,实际数据统一成固定的4个字节长度。每帧的数据格式如下表所示:
表1
帧头 数据单元a 数据单元b 数据单元n 帧尾
$ASHIP a1a2a3a4a6a6 b1b2b3b4b5b6 n1n2n3n4n5n6 HHHH
本发明的一个较佳实施例的人机交互控制系统与图像采集设备之间通信协议根据图像采集卡的类型而定。此处不做详细介绍。
本发明的一个较佳实施例的人机交互控制系统中飞艇姿态显示功能模块的飞艇模型建立过程如下:
飞艇模型采用OBJ文件格式。OBJ文件是一种文本文件,可以直接用记事本程序打开进行查看、编辑和修改。
首先,在SolidWorks或其他机械设计软件中绘制飞艇零件与装配体图,利用辅助功能生成中间格式文件,例如扩展名为wrl、3ds等的文件。然后,利用图形软件,例如3D Exploration等软件生成扩展名为obj的模型文件。在生成OBJ文件的时候,注意将不同零件,尤其是要单独操控的零件放置在不同的组(Group,在文件中标识符为g)中,并逐个命名,以便于识别、移动和旋转。运动状态相同的零件可合并成一组,简化模型结构。
如图5所示,CA-36型飞艇模型主要由艇囊、吊舱、尾翼等固定部件和升降舵(2个)、方向舵(2个)、涵道螺旋桨(2个)等运动部件组成。每个部件在文件中均生成一个单独的组(Group,文件中标识符为g),分别命名。每个部件均由若干三角面片组成。
以上所述,仅为本发明的实施例,并非以此限制本发明的范围,凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构或等效结构变换,直接或间接应用在相关的技术领域,均在发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种无人飞艇的人机交互控制系统,其特征在于,包括接口层、处理层和用户层,其中:
所述的接口层,也称硬件层,直接访问计算机硬件,获取飞行数据,发送飞行指令,采集视频图像信息;
所述的处理层,对接口层获取的数据进行解析传递给用户层,打包用户层传递上来的需要发送的飞行指令数据;
所述的用户层,实现具体功能,提供与用户交互的界面;
用户层具有飞艇姿态显示,飞行轨迹显示,数字显示,仪表盘,飞行数据存储,飞行记录查询和轨迹回放,视频显示、保存与回放,命令操作多个功能模块,其中:
用户层的飞艇姿态显示功能模块实时动态显示飞艇俯仰、偏航和滚转的姿态,实时动态显示飞艇推进螺旋桨、升降舵、方向舵等部件的运动状态,显示模拟环境,此模块在读取飞艇模型数据和场景信息后,定时获取下行数据解析模块传递的飞行数据,利用专业图形模块接口绘制图像并不断刷新,用户可根据该模块显示的图像,观察飞艇的飞行情况、估计飞行指令执行的效果;
用户层的飞行轨迹显示功能模块能够加载地图,绘制预定航线,实时准确显示飞艇的飞行轨迹,精确显示飞艇所处地点的经纬度、高度和其他周围环境信息;该模块采用了地理信息系统二次开发组件,用户在该模块的面板上移动时,本系统可获取指针所指地点的经纬度并显示,用户可测量地图上两点或多点的距离,用户设置飞行轨迹或航点时,须点击该模块面板地图上相对应的点,本系统获取轨迹或航点信息,在该面板上绘制预定航迹,在飞艇飞行过程中,该模块获取下行数据解析模块传递的飞行数据,实时显示飞艇的飞行位置、绘制飞艇的飞行轨迹,用户可根据该模块的显示信息,进行误差估算、位置判断、调整飞行计划;
用户层的数字显示功能模块和仪表盘功能模块,利用数字和仪表两种不同的方法显示飞艇的飞行数据,直观地反映了飞行状态和环境数据,为飞行监测提供了良好的基础;数字显示易于实现,仪表盘采用了自制仪表组件,该模块定时获取下行数据解析模块传递的飞行数据,不断刷新;
用户层的飞行数据存储功能模块是选用模块,能够实时记录飞艇飞行数据,存储与数据库中,并能够随时调出,以便浏览、分析;当用户需要记录飞行数据时,可点击菜单栏打开该模块的窗口,填写飞行日期、起飞地、目的地飞行信息,选择需要记录的数据项,提交后,本系统开始根据下行数据解析模块传递的飞行数据,保存选择的记录项到数据库中,当用户不再需要记录飞行数据,可打开该模块的窗口,选择停止记录,本系统便停止记录飞行数据;
用户层的飞行记录查询和轨迹回放模块是选用模块,可以按飞行时间查询数据库中的飞行记录,回放飞行轨迹,当用户需要查询飞行记录时,可打开该模块窗口,选择查询的时间段,本系统便返回该时间段内的所有飞行记录,同时可绘制数据统计图以便用户参考;
用户层的视频显示、保存与回放功能模块是选用模块,实时显示、保存、回放飞艇艇载摄像机返回图像,当飞艇上装载摄像装置,用户需要监控飞艇内部设备状态或观察飞行环境时,可打开此模块的窗口,选择连接后,窗口显示当前返回的视频图像,同时该模块还支持保存、回放、截图功能,在用户需要时可使用;
用户层的命令操作功能模块选择控制方式、选择飞行模式、形成飞行控制指令;控制方式分手动和自动两种;飞行模式分轨迹飞行、目标点飞行、姿态飞行三种;轨迹飞行模式下,用户需要在地图面板中设置飞行轨迹;目标点飞行模式下,用户需要在地图面板中设置航点;姿态飞行模式下,用户需输入飞艇飞行姿态要求和高度、速度要求,提交选择、设置或输入信息后,本系统将自动获取用户提交的飞行指令信息,将飞行指令信息传递给处理层的上行数据发送模块。
2.根据权利要求1所述一种无人飞艇的人机交互控制系统,其特征在于,接口层包括通信模块和视频采集模块,其中:
接口层的通信模块,接收由艇载飞行控制设备发送、无线设备传输的飞行数据,发送经处理打包、通过无线设备传输、由艇载设备接收的飞行指令,通信模块支持串口通信和USB通信,用户可根据设备自行选择传输速率、端口;
接口层的视频采集模块,对无线设备传输回的视频图像信息进行采集,传递给用户层应用模块做进一步处理,无线设备传输回的视频图像为模拟信号,经过视频采集卡转换成数字信号。
3.根据权利要求1所述一种无人飞艇的人机交互控制系统,其特征在于,处理层主要包含下行数据解析模块和上行数据发送模块,其中:
处理层的下行数据解析模块,对通信模块接收的飞行数据进行解析,提取有效信息,将处理后数据传递给用户层应用模块;
处理层的上行数据发送模块,对用户层形成的飞行指令进行打包压缩处理,将处理后的可发送数据传递给通信模块。
CN201410077151.7A 2014-03-04 2014-03-04 一种无人飞艇的人机交互控制系统 Active CN103809600B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410077151.7A CN103809600B (zh) 2014-03-04 2014-03-04 一种无人飞艇的人机交互控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410077151.7A CN103809600B (zh) 2014-03-04 2014-03-04 一种无人飞艇的人机交互控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103809600A CN103809600A (zh) 2014-05-21
CN103809600B true CN103809600B (zh) 2016-08-17

Family

ID=50706532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410077151.7A Active CN103809600B (zh) 2014-03-04 2014-03-04 一种无人飞艇的人机交互控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103809600B (zh)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3108318B1 (en) * 2014-09-30 2019-07-10 SZ DJI Technology Co., Ltd. System and method for data recording and analysis
WO2016061774A1 (zh) 2014-10-22 2016-04-28 深圳市大疆创新科技有限公司 一种飞行航线设置方法及装置
CN105874397A (zh) 2014-11-28 2016-08-17 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机及其水样检测方法
CN104932286A (zh) * 2015-05-18 2015-09-23 国家电网公司 一种吊舱的三维动态模型及控制方法
CN104867184B (zh) * 2015-06-12 2017-06-23 哈尔滨工业大学 应用于飞行场景仿真的场景生成方法
CN105993163B (zh) * 2015-07-02 2018-12-14 深圳市大疆创新科技有限公司 图像处理系统、图像数据处理方法、装置及相关设备
CN106648484A (zh) * 2015-11-01 2017-05-10 北京军懋国兴科技股份有限公司 座舱仪表、hud以及飞机部件运行展示系统
CN105320010B (zh) * 2015-11-05 2018-01-26 北京精航科技有限公司 支持二次开发的无人机飞控系统
CN105446351B (zh) * 2015-11-16 2018-03-16 杭州码全信息科技有限公司 一种能够锁定目标区域瞭望基于自主导航的无人飞艇系统
WO2017084031A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-26 SZ DJI Technology Co., Ltd. Systems and methods for managing flight-restriction regions
CN107209520B (zh) * 2015-11-20 2019-04-19 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机的控制方法及相关装置
CN106849202A (zh) * 2015-12-04 2017-06-13 北京机电工程研究所 无人机自主充电装置及充电控制方法
US20190228170A1 (en) * 2016-06-14 2019-07-25 SZ DJI Technology Co., Ltd. Supporting protocol independent movable object application development
CN107664507A (zh) * 2016-07-29 2018-02-06 中电科海洋信息技术研究院有限公司 显示无人飞行器轨迹的方法及服务器、客户端
CN106600749A (zh) * 2016-11-10 2017-04-26 览意科技(上海)有限公司 一种数据记录方法及无人机
WO2018086130A1 (zh) * 2016-11-14 2018-05-17 深圳市大疆创新科技有限公司 飞行轨迹的生成方法、控制装置及无人飞行器
WO2018191869A1 (zh) * 2017-04-18 2018-10-25 深圳市大疆创新科技有限公司 无人飞行器的控制方法、飞行控制器及无人飞行器
CN107240153B (zh) * 2017-06-16 2020-09-22 千寻位置网络有限公司 基于dsm的无人机飞行安全区域计算显示方法
CN107885096B (zh) * 2017-10-16 2021-07-27 中国电力科学研究院 一种无人机巡检航迹三维仿真监控系统
CN107818674A (zh) * 2017-11-28 2018-03-20 佛山市安尔康姆航空科技有限公司 无人机飞行数据检测及传输方法
WO2019134122A1 (zh) * 2018-01-05 2019-07-11 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机操控方法及设备、无人机操控装置及记录介质
CN109712271A (zh) * 2019-01-08 2019-05-03 深圳市道通智能航空技术有限公司 一种无人机数据处理方法、装置、设备及存储介质
CN110136298A (zh) * 2019-05-29 2019-08-16 山东英特力光通信开发有限公司 一种无人机地面监控系统及方法
CN110187700B (zh) * 2019-06-10 2021-01-08 北京科技大学 基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法
CN110489379B (zh) * 2019-08-07 2022-04-12 北京航空航天大学 飞行器试飞综合显示及数据分析评估平台
CN111210516B (zh) * 2019-12-30 2023-04-18 成都赫尔墨斯科技股份有限公司 一种用于航电设备综合显示控制的软件平台
CN112840286A (zh) * 2020-05-22 2021-05-25 深圳市大疆创新科技有限公司 飞行辅助方法及装置、无人飞行器、遥控器、显示器、无人飞行器系统和存储介质
CN111966119A (zh) * 2020-07-09 2020-11-20 北京航空航天大学 一种飞艇远程控制系统
CN114360298A (zh) * 2021-12-21 2022-04-15 芜湖通航产业技术研究院有限公司 一种低空空域地面监管服务系统
CN115877753B (zh) * 2022-11-16 2024-08-16 广州汽车集团股份有限公司 飞控系统、飞行器控制系统及飞行器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102339063A (zh) * 2011-07-14 2012-02-01 沈阳航空航天大学 用于室内飞艇的自主起降控制方法
CN102981508A (zh) * 2012-12-13 2013-03-20 中国航空无线电电子研究所 一种无人飞艇的无线飞行遥控器及其无线飞行遥控方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100472968B1 (ko) * 2002-11-04 2005-03-08 한국항공우주연구원 대형 무인비행선의 자동 이·착륙 비행장치
US7264202B2 (en) * 2005-11-01 2007-09-04 Information Systems Laboratories, Inc. Tri-cycloidal airship

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102339063A (zh) * 2011-07-14 2012-02-01 沈阳航空航天大学 用于室内飞艇的自主起降控制方法
CN102981508A (zh) * 2012-12-13 2013-03-20 中国航空无线电电子研究所 一种无人飞艇的无线飞行遥控器及其无线飞行遥控方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"人在回路"无人飞艇半实物仿真系统设计与实现;宋静婧等;《北京航空航天大学学报》;20110531;第37卷(第5期);第595-599、609页 *
基于DSP的小型无人飞艇控制系统设计;曾磊等;《工业控制计算机》;20111025;第24卷(第10期);第6-7页 *
小型无人搜救飞艇的控制系统设计研究;曲磊等;《科技信息》;20110215(第5期);第42-43页 *
无人飞艇系统仿真研究;魏丽等;《中国电子科学研究院学报》;20070430(第2期);第173-179页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103809600A (zh) 2014-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103809600B (zh) 一种无人飞艇的人机交互控制系统
CN108053714B (zh) 基于输电线路巡检的多旋翼无人机巡视作业仿真培训系统
CN104932529B (zh) 一种无人机自主飞行的云端控制系统
CN104029825B (zh) 现场虚实耦合无人机系统
CN105492985B (zh) 一种用于在环境内控制可移动物体的系统及方法
CN108153320A (zh) 飞行控制方法和支持该方法的电子设备
CN101435703B (zh) 无人共轴直升机自主导航系统半实物仿真技术装置
CN106444429A (zh) 具有故障诊断能力无人直升机的飞控仿真系统
CN106530896A (zh) 一种用于无人机飞行演示的虚拟系统
CN109791414A (zh) 基于视觉着陆的方法和系统
CN106716272A (zh) 用于飞行模拟的系统和方法
CN102591351A (zh) 基于遥感、卫星定位导航和无人机的三维空间碳排放监测系统
CN106030431A (zh) 传感器的自动标定系统及方法
CN104932527A (zh) 一种飞行器的操控方法和装置
CN114063474A (zh) 一种无人机集群的半物理仿真系统
CN108762300A (zh) 一种用于无人机组飞行的地面控制编程系统
CN110187700B (zh) 基于虚拟现实的仿生扑翼飞行机器人远程控制系统和方法
CN107885096A (zh) 一种无人机巡检航迹三维仿真监控系统
CN114117794A (zh) 一种基于功能模块化的飞行管理仿真测试方法及系统
CN108153327A (zh) 一种四旋翼飞行器室外编队灯光表演系统及控制方法
CN104007661A (zh) 一种单台模拟器实现多机编队的仿真方法
CN106125755A (zh) 一种无人机的大气边界层环境自主探测系统及其控制方法
CN113721479A (zh) 一种无人机模拟训练系统
CN201345103Y (zh) 无人共轴直升机自主导航系统半实物仿真技术装置
CN107230405B (zh) 飞行员便携式电子图囊及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant