CN104503460A - 一种通用型无人机地面站控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通用型无人机地面站控制系统，采用模块化设计，具体包括:导航显示模块、航迹管理与任务规划模块、无人机仪表及状态显示模块、飞行仿真模块、无线监控与视景仿真模块和人机交互设备。本发明提供的通用型无人机地面站控制系统具有功能齐全、操作简单，携带方便的特点，并且具有广泛的可移植性和通用性。

Description

一种通用型无人机地面站控制系统

技术领域

本发明涉及导航控制技术领域，尤其涉及一种通用型无人机地面站控制系统。

背景技术

作为国民经济发展的需求，许多任务都需要利用无人机进行辅助实施或者代替人工完成，例如，灾情救援、城市监控、环保监测、交通管理、输电线路巡查、资源探测等，对无人机的需求必然带来其产业化的形成。无人机地面站控制系统是整个无人机系统的指挥控制中心，其发展趋势为将越来越多的无人机系统功能集中到无人机的地面站控制系统实现。

大型无人机地面站控制系统，多采用车载作为其移动方式，整个地面站控制系统由飞行控制部分、任务载荷控制部分和合成孔径雷达控制部分组成，其具有包括飞行监控、导航、任务载荷、任务规划在内的多项功能，功能强大，需要多个操作人员。小型无人机地面站控制系统通常采用轻便的方式实现，单人即可完成操控。小型无人机地面站控制系统所能实现的功能与大型无人机地面站控制系统的无人机操作部分基本相同，但在任务规划和任务载荷方面只提供一些基本的功能或接口。

通用型无人机地面站控制系统作为民用无人机(一般为中型无人机)的指挥控制中心，则需要综合以上两者的优点，具备携带方便、操作简单，功能也足够完全的特点。但是，现有技术的通用型无人机地面站控制系统还不具备上述特点。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种通用型无人机地面站控制系统。

本发明提供一种通用型无人机地面站控制系统，包括:导航显示模块、航迹管理与任务规划模块、无人机仪表及状态显示模块、飞行仿真模块、无线监控与视景仿真模块和人机交互设备；

所述导航显示模块用于以二维加垂直导航的形式实现对电子地图、地形、地貌的显示，以及对无人机预定航迹、实时航迹、空管信息的显示和控制；

所述航迹管理与任务规划模块用于实现对无人机预定航迹和实时航迹的控制，并向无人机下达飞行任务指令；

所述无人机仪表及状态显示模块用于接收飞行参数、动力系统参数、导航系统参数，并实时显示；

所述飞行仿真模块用于实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟；

所述无线监控与视景仿真模块，在任务模式时用于将无人机上的视频信息实时传输并显示，在训练模式时用于提供无人机飞行的三维可视化场景，所述三维可视化场景包括地形和地貌；

所述人机交互设备用于实时传递操纵无人机的数据，以及对操纵设备进行备份。

如上所述的导航控制系统，其中，所述无人机仪表及状态显示模块接收的飞行参数、动力系统参数、导航系统参数，在训练模式时来自飞行仿真模块，在任务模式时来自通信链路。

如上所述的导航控制系统，其中，所述飞行仿真模块用于实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟，包括：

所述飞行仿真模块根据无人机的运动学方程、动力学方程、气动力方程和气动力矩方程，结合无人机的初始运动信息，实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟。

本发明提供的通用型无人机地面站控制系统包括:导航显示模块、航迹管理与任务规划模块、无人机仪表及状态显示模块、飞行仿真模块、无线监控与视景仿真模块和人机交互设备，通过采用模块化设计，集无人机使用控制和模拟仿真训练于一体，并采用了分布式建模与仿真技术，具有广泛的可移植性和通用性，进一步的，本发明提供的通用型无人机地面站控制系统还具有操作简单，携带方便的特点。

附图说明

图1为本发明通用型无人机地面站控制系统实施例一的结构示意图；

图2为本发明通用型无人机地面站控制系统的软件架构示意图；

图3为本发明通用型无人机地面站控制系统各模块的数据交互关系图；

图4为本发明通用型无人机地面站控制系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作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。

图1为本发明实施例提供的通用型无人机地面站控制系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的地面站控制系统包括:导航显示模块101、航迹管理与任务规划模块102、无人机仪表及状态显示模块103、飞行仿真模块104、无线监控与视景仿真模块105和人机交互设备106。其中，导航显示模块101用于以二维加垂直导航的形式实现对电子地图、地形、地貌的显示，以及对无人机预定航迹、实时航迹、空管信息的显示和控制；航迹管理与任务规划模块102用于实现对无人机预定航迹和实时航迹的控制，并向无人机下达飞行任务指令；无人机仪表及状态显示模块103用于接收飞行参数、动力系统参数、导航系统参数，并实时显示；飞行仿真模块104用于实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟；无线监控与视景仿真模块105，无人机在空中执行监控任务时，需要采用无线监控技术将监控到的画面实时传输给地面站。地面控制中心需要实时得到被监控点的视频信息，并且该视频信息必须是连续、清晰的。在无线监控中，通常使用摄像头对现场情况进行实时采集，摄像头通过视频无线传输设备相连，并通过由无线电波将数据信号发送到监控中心。视景仿真需要将二维或三维物体在计算机屏幕上显示出来，完成这些工作需要对实际物体进行一系列的变换，主要包括视图变换、模型变换、投影变换。无线监控与视景仿真模块105在任务模式时用于将无人机上的视频信息实时传输并显示，在训练模式时用于提供无人机飞行的三维可视化场景，所述三维可视化场景包括地形和地貌；人机交互设备用106于实时传递操纵无人机的数据，以及对操纵设备进行备份。

图2为本发明通用型无人机地面站控制系统的软件架构示意图。如图2所示，通过对无人机任务实施的用户需求和管理规范进行分析，设计通用无人机地面站控制系统的技术需求及架构设计参数，并通过试验和理论分析，设计无人机地面站控制系统的软件配置架构，采用分布实时交互式架构，利用RTI中间件DDS实现各子系统间数据交互。

图3为本发明通用型无人机地面站控制系统各模块的数据交互关系图。如图3所示，按照任务业务流程需求，形成系统内部各模块数据交互关系，然后通过实验检测，修正技术参数，使之能满足无人机飞行任务的需求。

图4为本发明通用型无人机地面站控制系统实施例二的结构示意图。如图4所示，根据便携式无人机地面站控制系统功能要求，地面站控制系统包括六个模块，分别为：导航显示、航迹管理与任务规划、无人机仪表及状态显示、飞行仿真、无线监控与视景仿真、人机交互设备。

具体的，导航显示模块以二维加垂直导航的形式实现电子地图、地形、地貌的显示，无人机预定航迹和实时航迹、空管信息的显示和控制，完成无人机飞行的监控与航迹管理。导航显示模块主要包括：二维导航显示模块子程序、垂直导航显示模块、空管信息显示模块。

航迹管理与任务规划模块实现无人机预定航迹和实时航迹的控制，并向无人机下达飞行任务指令。主要包括：任务初始化模块、航迹规划模块、航迹管理模块。

如上所述的系统，其中，所述无人机仪表及状态显示模块接收的飞行参数、动力系统参数、导航系统参数，在训练模式时来自飞行仿真模块，在任务模式时来自通信链路。具体的，无人机仪表及状态显示模块主要接收各类重要飞行参数、动力系统参数、导航系统参数等重要数据并实时显示，对关键系统的故障告警。在训练模式时，数据来自飞行仿真模块。在任务模式时，数据来自通信链路。主要包括：无人机仪表显示模块、无人机状态显示模块。图4中，在显示器一上显示无人机状态信息；在显示器二上显示无人机仪表信息。

如上所述的系统，其中，所述飞行仿真模块用于实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟，包括：

所述飞行仿真模块根据无人机的运动学方程、动力学方程、气动力方程和气动力矩方程，结合无人机的初始运动信息，实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟。关于对无人机姿态的控制，RTI-DDS软件提供了丰富的API函数给用户使用，这一系列函数主要用于分布式系统的数据交互。DDS是分布式系统进行分层管理控制、实现分布可重用的支撑基础。各个模块在成功注册数据后，具体的数据收发、数据可靠性传输都由RTI-DDS保证。对于数据交互比较频繁的分布式系统中来说大大简化了编程的接口实现。这样就保证了地面站对于无人机姿态的实时控制，同时无人机姿态能及时的反馈给地面站。

本发明实施例提供的通用型无人机地面站控制系统包括:导航显示模块、航迹管理与任务规划模块、无人机仪表及状态显示模块、飞行仿真模块、无线监控与视景仿真模块和人机交互设备，通过采用模块化设计，集无人机使用控制和模拟仿真训练于一体，并采用了分布式建模与仿真技术，具有广泛的可移植性和通用性，进一步的，本发明提供的通用型无人机地面站控制系统还具有操作简单，携带方便的特点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种通用型无人机地面站控制系统，其特征在于，所述系统包括:导航显示模块(101)、航迹管理与任务规划模块(102)、无人机仪表及状态显示模块(103)、飞行仿真模块(104)、无线监控与视景仿真模块(105)和人机交互设备(106)；

所述导航显示模块用于以二维加垂直导航的形式实现对电子地图、地形、地貌的显示，以及对无人机预定航迹、实时航迹、空管信息的显示和控制；

所述航迹管理与任务规划模块用于实现对无人机预定航迹和实时航迹的控制，并向无人机下达飞行任务指令；

所述无人机仪表及状态显示模块用于接收飞行参数、动力系统参数、导航系统参数，并实时显示；

所述飞行仿真模块用于实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟；

所述无线监控与视景仿真模块，在任务模式时用于将无人机上的视频信息实时传输并显示，在训练模式时用于提供无人机飞行的三维可视化场景，所述三维可视化场景包括地形和地貌；

所述人机交互设备用于实时传递操纵无人机的数据，以及对操纵设备进行备份。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机仪表及状态显示模块接收的飞行参数、动力系统参数、导航系统参数，在训练模式时来自飞行仿真模块，在任务模式时来自通信链路。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述飞行仿真模块用于实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟，包括：

所述飞行仿真模块根据无人机的运动学方程、动力学方程、气动力方程和气动力矩方程，结合无人机的初始运动信息，实现对无人机飞行轨迹和飞行姿态的模拟。