CN103885452A - 一种无人直升机地面控制终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人直升机地面测控领域，涉及一种针对无人直升机的新型控制终端设备。它由二自由度控制手柄与显示终端组合而成，其控制手柄与显示终端通过航插与地面测控站相连，并经由地面测控站链路系统将控制命令发送至无人直升机机载设备，控制其在垂直起降模式、手动飞行模式或者紧急控制模式下进行飞行。本发明为嵌入式控制设备，采用控制杆与显示系统分开布置结构，使飞行员对无人直升机的操纵更加合理、简便；应用嵌入式系统开发技术，对数据进行采集、处理与显示，功能更全，性能更高，重量更轻便，使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明属于无人直升机地面测控领域，涉及一种针对无人直升机的新型控制终端设备。
背景技术
据有关资料记载和目前广泛用在无人直升机系统上的地面操纵终端设备，主要采用航模控制器FUTABA进行改装，其结构是，塑料外壳上布置两个二自由度的摇杆机构，用于控制总距、俯仰周期变距、横滚周期变距以及尾桨距，左边摇杆机构前端布置一个旋钮，用于控制风门开度，两个摇杆中间后部布置了一个电源开关。此种设备采用RS422串口连接至地面测控站上，将采集到的各杆量值通过固定的数据通讯协议传输至无人直升机机载设备，以达到对无人直升机的实时飞行控制要求。但是，因该设备终端操纵模式单一，直接对距进行操作，操作难度大，飞行员需通过肉眼观测获取直升机飞行姿态信息，掌握的数据信息不多，对使用飞行员的要求非常高，存在较大的飞行安全隐患。
发明内容
本发明的目的是：提供一种具有多样操纵模式且操纵简易的无人直升机地面测控站飞行员控制终端设备。
本发明的技术方案是：
一种无人直升机地面控制终端设备，它由二自由度控制手柄与显示终端组合而成，其控制手柄与显示终端通过航插与地面测控站相连，并经由地面测控站链路系统将控制命令发送至无人直升机机载设 备，控制其在垂直起降模式、手动飞行模式或者紧急控制模式下进行飞行；其中，
控制手柄包括：手柄机构、数据采集卡、传感器以及数据处理器；其中手柄机构下端装有数据采集卡，数据采集卡通过传感器分别采集手柄机构上面板左右按钮、力感应式推钮、手柄后面食指握杆处线性推拉钮以及手柄前后左右两个方向上的控制量信号，数据处理器对信号并进行滤波处理和数据编码后，通过RS422总线组播发送至地面测控站与显控系统上；
在垂直起降模式下：
手柄机构上力感应式推钮实现无人直升机爬升与下降飞行；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机向左、右悬停飞行；手柄机构向前、后打杆操纵，实现无人直升机向前、后悬停飞行；食指握杆处线性推拉钮推操作与拉操作，实现无人直升机悬停左、右回转飞行；上面板左、右按钮，实现无人直升机左、右转飞行；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的悬停飞行；
在手动飞行模式下：
手柄机构上力感应式推钮实现无人直升机爬升与下降飞行；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机向左、右协调转弯飞行；手柄机构向前打杆，实现无人直升机增加到最大向前速度飞行；手柄机构向后前打杆，实现无人直升机向后；上面板左、右按钮，实现无人直升机向左、右悬停飞行；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的悬停飞行；
在紧急控制模式下：
手柄机构上力感应式推钮操纵实现对无人直升机总距控制；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机横向周期变距控制；手柄机构向前、后打杆，实现无人直升机纵向周期变距控制；食指握杆处线性推拉钮推操作与拉操作，实现无人直升机尾桨距控制；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的空挡操纵；
所述的滤波处理为：在一个数据发送周期内，将采集到的传感器电压值进行去跳变处理及数平均处理，处理后的值进行下一步编码，从而完成滤波处理；
所述的数据编码包括：两个字节数据识别帧头、一个字节前后方向操纵量采集后编码值、一个字节左右方向操纵量采集后编码值、一个字节力感应式推钮操纵量采集后编码值、一个字节食指握杆处线性推拉钮操纵量采集后编码值、一个字节上面板两个按钮开关量编码值及一个字节校验和值。
显示终端显示控制手柄杆量数据、直升机飞行遥测数据、地理信息数据以及视频数据。
本发明的优点是：
本发明为嵌入式控制设备，采用控制杆与显示系统分开布置结构，使飞行员对无人直升机的操纵更加合理、简便；应用嵌入式系统开发技术，对数据进行采集、处理与显示，功能更全，性能更高，重量更轻便，使用寿命更长。
附图说明
图1为本发明的外形图。
图2为本发明的手柄功能定义图表。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
一种无人直升机地面控制终端设备，它由二自由度控制手柄与显示终端组合而成，其控制手柄与显示终端通过航插与地面测控站相连，并经由地面测控站链路系统将控制命令发送至无人直升机机载设备，控制其在垂直起降模式、手动飞行模式或者紧急控制模式下进行飞行；其中，
控制手柄包括：手柄机构、数据采集卡、传感器以及数据处理器；其中手柄机构下端装有数据采集卡，数据采集卡通过传感器分别采集手柄机构上面板左右按钮、力感应式推钮、手柄后面食指握杆处线性推拉钮以及手柄前后左右两个方向上的控制量信号，数据处理器对信号并进行滤波处理和数据编码后，通过RS422总线组播发送至地面测控站与显控系统上；
在垂直起降模式下：
手柄机构上力感应式推钮实现无人直升机爬升与下降飞行；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机向左、右悬停飞行；手柄机构向前、后打杆操纵，实现无人直升机向前、后悬停飞行；食指握杆处线性推拉钮推操作与拉操作，实现无人直升机悬停左、右回转飞行；上面板左、右按钮，实现无人直升机左、右转飞行；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的悬停飞行；
在手动飞行模式下：
手柄机构上力感应式推钮实现无人直升机爬升与下降飞行；手柄 机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机向左、右协调转弯飞行；手柄机构向前打杆，实现无人直升机增加到最大向前速度飞行；手柄机构向后前打杆，实现无人直升机向后；上面板左、右按钮，实现无人直升机向左、右悬停飞行；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的悬停飞行；
在紧急控制模式下：
手柄机构上力感应式推钮操纵实现对无人直升机总距控制；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机横向周期变距控制；手柄机构向前、后打杆，实现无人直升机纵向周期变距控制；食指握杆处线性推拉钮推操作与拉操作，实现无人直升机尾桨距控制；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的空挡操纵；
所述的滤波处理为：在一个数据发送周期内，将采集到的传感器电压值进行去跳变处理及数平均处理，处理后的值进行下一步编码，从而完成滤波处理，例如，数据发送周期为100ms，采样频率为1000Hz，则在一个数据发送周期内采集有大约10个传感器数值，首先对超出异常范围的数去除，而后对剩下的数进行求平均，得到的平均值则认为是采集到的实际数值。
所述的数据编码包括：两个字节数据识别帧头、一个字节前后方向操纵量采集后编码值、一个字节左右方向操纵量采集后编码值、一个字节力感应式推钮操纵量采集后编码值、一个字节食指握杆处线性推拉钮操纵量采集后编码值、一个字节上面板两个按钮开关量编码值及一个字节校验和值。例如，DB A07E7F8081FF06，DB A0为数 据识别帧头，7E为手柄机构位于中位偏前位置，7F为手柄机构位于中位偏左位置，80为力感应式推钮位于中立位置，81为食指握杆处线性推拉钮位于中位偏右位置，FF为上面板右按钮按下，06为整个数据帧的和校验码。
显示终端显示控制手柄杆量数据、直升机飞行遥测数据、地理信息数据以及视频数据。控制手柄杆量数据为手柄机构操纵量，例如，DB A07E7F8081FF06；直升机飞行遥测数据包括，飞行姿态数据、发动机状态数据、控制律输出量数据、链路控制数据、机载设备传感器状态数据以及各类警告数据；地理信息数据包括，GPS信息数据和地形数据等；视频数据包括，测控站监控视频数据与机载任务设备下传视频数据。
Claims (3)
1.一种无人直升机地面控制终端设备，其特征是，它由二自由度控制手柄与显示终端组合而成，其控制手柄与显示终端通过航插与地面测控站相连，并经由地面测控站链路系统将控制命令发送至无人直升机机载设备，控制其在垂直起降模式、手动飞行模式或者紧急控制模式下进行飞行；其中，
控制手柄包括：手柄机构、数据采集卡、传感器以及数据处理器；其中手柄机构下端装有数据采集卡，数据采集卡通过传感器分别采集手柄机构上面板左右按钮、力感应式推钮、手柄后面食指握杆处线性推拉钮以及手柄前后左右两个方向上的控制量信号，数据处理器对信号并进行滤波处理和数据编码后，通过RS422总线组播发送至地面测控站与显控系统上；
在垂直起降模式下：
手柄机构上力感应式推钮实现无人直升机爬升与下降飞行；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机向左、右悬停飞行；手柄机构向前、后打杆操纵，实现无人直升机向前、后悬停飞行；食指握杆处线性推拉钮推操作与拉操作，实现无人直升机悬停左、右回转飞行；上面板左、右按钮，实现无人直升机左、右转飞行；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的悬停飞行；
在手动飞行模式下：
手柄机构上力感应式推钮实现无人直升机爬升与下降飞行；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机向左、右协调转弯飞行；手柄机构向前打杆，实现无人直升机增加到最大向前速度飞行；手柄机构向后前打杆，实现无人直升机向后；上面板左、右按钮，实现无人直升机向左、右悬停飞行；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的悬停飞行；
在紧急控制模式下：
手柄机构上力感应式推钮操纵实现对无人直升机总距控制；手柄机构向左、右打杆操纵，实现无人直升机横向周期变距控制；手柄机构向前、后打杆，实现无人直升机纵向周期变距控制；食指握杆处线性推拉钮推操作与拉操作，实现无人直升机尾桨距控制；手柄处在空挡状态，实现无人直升机的空挡操纵；
显示终端显示控制手柄杆量数据、直升机飞行遥测数据、地理信息数据以及视频数据。
2.如权利要求1所述的一种无人直升机地面控制终端设备，其特征是，所述的滤波处理为：在一个数据发送周期内，将采集到的传感器电压值进行去跳变处理及数平均处理，处理后的值进行下一步编码，从而完成滤波处理。
3.如权利要求1或2所述的一种无人直升机地面控制终端设备，其特征是，所述的数据编码包括：两个字节数据识别帧头、一个字节前后方向操纵量采集后编码值、一个字节左右方向操纵量采集后编码值、一个字节力感应式推钮操纵量采集后编码值、一个字节食指握杆处线性推拉钮操纵量采集后编码值、一个字节上面板两个按钮开关量编码值及一个字节校验和值。
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