CN104932530A - 一种无人机操控系统及其下行遥测方法、上行遥测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机操控系统，包含无人机操控台、综合处理计算机、飞行控制计算机、视景仿真计算机、视频压缩模块和接口控制模块。接口控制模块实现综合处理计算机与无人机之间的数据交互。综合处理计算机对下行遥测数据的分解，将姿态信息发送给视景仿真计算机，将机体信息发送给飞行控制计算机。视景仿真计算机解析姿态信息完成无人机前视图像的模拟，并将模拟前视图像送至视频压缩模块；视频压缩模块将模拟前视图像进行压缩编码后产生视频码流。飞行控制计算机解析无人机机体参数信息和解压视频码流，将机体参数信息和视频码流叠加，输出给无人机控制台显示。本发明以较低的成本和设备实现对无人机的飞行训练。

Description

一种无人机操控系统及其下行遥测方法、上行遥测方法

技术领域

本发明涉及无人机地面操控领域，尤其是涉及无人机的地面控制及无人机操作员的操作技能培训，是一种能够模拟前视图像的新型无人机地面操控系统。

技术背景

无人机因为自身优势，获得了广泛应用，无人机的控制系统也多种多样，有针对微小型无人机的手持式控制系统，也有针对中大型无人机的地面控制站系统，系统复杂程度根据无人机的功能和性能有较大的不同。本系统是一种对于大多数中大型无人机都可以应用的操控系统。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种无人机操控系统，该系统可作为无人机飞行模拟设备的测试系统，配合新研无人机的各项指令和参数的验证，该系统还可以提高无人机操作员的操作技能，通过相同的操作界面及相似的操作流程，使操作员对无人机的性能更加熟悉和了解，为后期试飞做好充足的训练准备。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种无人机操控系统，包含无人机操控台和设备机柜。

所述无人机操控台用于作为人机交互接口，完成无人机的状态显示及与操作员的操控交互。

所述设备机柜包括综合处理计算机、飞行控制计算机、视景仿真计算机、视频压缩模块和接口控制模块。

所述接口控制模块与综合处理计算机相连接，用于将无人机的下行遥测数据发送给综合处理计算机，以及将综合处理计算机的上行遥测数据发送给无人机；

所述综合处理计算机分别与接口控制模块、视景仿真计算机和飞行控制计算机相连接，用于负责下行遥测数据的分解，将无人机的经度、纬度、高度、速度及无人机姿态信息发送给视景仿真计算机，将无人机机体及状态回报参数发送给飞行控制计算机；还用于将飞行控制计算机发送的上行遥控数据进行组帧和打包后发送给接口控制模块；

所述视景仿真计算机分别与综合处理计算机、视频压缩模块相连接，用于解析综合处理计算机输出的数据，完成无人机前视图像的模拟，并将模拟前视图像送至视频压缩模块；

所述视频压缩模块分别与视景仿真计算机、飞行控制计算机相连接，用于将视景仿真计算机输出的模拟前视图像进行压缩编码后产生视频码流发送给飞行控制计算机。

所述飞行控制计算机分别与综合处理计算机、视频压缩模块和无人机操作台相连接，用于解析无人机机体参数信息和解压视频码流，将机体参数信息和视频码流叠加，输出给无人机控制台显示；还用于接收无人机操作台的操作行为，将操作行为解析为相应的操控指令，发送给综合处理计算机。

依据上述特征，所述无人机控制台包括座椅、台架、油门台、脚蹬、操作杆及显示器；

所述显示器用于显示遥测数据及飞机模拟前视图像；

所述油门台、脚蹬和操作杆分别用于接收操作员的操作行为。

优选地，所述接口控制模块包含模拟接口和机载接口；

所述模拟接口的外界输入为无人机飞行模拟设备；

所述机载接口的外界输入为真实无人机。

优选地，所述视频压缩模块包含数字信号处理芯片、模数芯片、数模芯片；

所述数字信号处理芯片中驻留视频压缩编码软件，将模拟前视图像进行压缩编码，产生高压缩比的视频码流。

根据本发明提供的无人机操控系统实现的下行遥测方法，包含以下步骤：

A1、接口控制模块解析出无人机下行遥测数据，通过网络发送给综合处理计算机；

A2、综合处理计算机对下行遥测数据进行分解和打包，将一路包含无人机的经度、纬度、高度、速度及无人机姿态信息提取，并发送给视景仿真计算机，将另外一路无人机机体及状态回报等参数提取出，并发送给飞行控制计算机；

A3、视景仿真计算机将接收到的信息进行模拟，生成模拟前视图像；

A4、视频压缩模块对模拟前视图像压缩编码，产生视频码流，经网络发送给飞行控制计算机；

A5、飞行控制计算机解析无人机机体参数信息和解压视频码流，将机体参数信息和视频码流二者叠加，输出给无人机控制台显示；

根据本发明提供的无人机操控系统实现的上行遥测方法，包含以下步骤：

B1、无人机操作员通过飞行控制台将操控行为实时发送给飞行控制计算机；

B2、飞行控制计算机对操控行为进行响应，解析出相应的操控指令，发送给综合处理计算机；

B3、综合处理计算机对操控指令进行组帧和编码后发送给接口控制模块；

B4、接口控制模块将操控指令转换出相应格式，送至无人机。

本发明构成简单，统一的人机界面和接口控制，更方便操作员对无人机的熟练控制。本发明的操作系统既可以与真实无人机机体相连接，也可以与正在研制的无人机飞行控制模拟器相连接。

本发明的有益效果为：以较低的成本和设备实现对无人机的飞行训练。减少无人机不必要的飞行次数，降低飞行试验成本，并给无人机操作员提供通用的操作环境，提高操作员的操作技能，对无人机的研发和对操作员的培训都有积极地推动意义。

附图说明

图1为本发明无人机操控系统的结构示意图；

图2为本发明中各模块之间的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提供的一种无人机操控系统可以分为无人机操控台和设备机柜两大部分，系统组成框图参见附图1。

无人机操控台包括座椅、台架、油门台、脚蹬、操作杆及显示器，作为人机交互接口，完成无人机的状态显示及与操作员的操控交互。设备机柜包括综合处理计算机、飞行控制计算机、视景仿真计算机、视频压缩模块和接口控制模块五部分，各部分均驻留各自应用软件。无人机操控系统交联关系见附图2。

一、本发明中各部分连接关系如下：

1、接口控制模块

接口控制模块分两部分，分别为模拟接口和机载接口，二者对应的外界输入分别为无人机飞行模拟设备和真实无人机。对于不同的外部外界输入源，解析出相同的信息，按照固定的格式与综合处理计算机进行数据交互。

当外界输入为无人机飞行模拟设备时，接入到操控系统的模拟接口解析，通过该接口完成测控数据到综合处理计算机的收发。

当外界输入为真实无人机时，接入到系统的机载接口，通过对机载接口(本系统支持：RS422、1553总线及1394总线)解析，把机载接口格式数据转换为网络格式数据，经网口与综合处理计算机相连，完成测控数据的收发。

2、综合处理计算机

综合处理计算机驻留数据综合处理软件，负责对下行的遥测数据进行分解和打包，将一路包含无人机的经度、纬度、高度、速度及无人机姿态信息提取，并发送给视景仿真计算机，将另外一路无人机机体及状态回报等参数提取出，并发送给飞行控制计算机。还负责完成上行遥控数据的组帧和打包。该计算机具有3个网口，通过网络分别与接口控制模块、视景仿真计算机和飞行控制计算机相连接。

3、视景仿真计算机

视景仿真计算机驻留模拟视景生成软件，解析综合处理计算机分解出来的飞机数据，完成模拟视景中格式为1080P的无人机前视图像的生成。该计算机通过网络接口与综合处理计算机相连接，输出图像通过DVI接口与视频压缩模块相连接。

4、视频压缩模块

视频压缩模块主要是由数字信号处理芯片(DSP)、模数芯片、数模芯片等组成的视频压缩模块，DSP中驻留视频压缩编码软件，完成将视景仿真的1080P高速率前视图像进行压缩编码，产生高压缩比的视频码流。视频压缩模块接收视景仿真计算机的前视图像，通过网络将压缩后的图像数据发送给飞行控制计算机。

5、飞行控制计算机

飞行控制计算机驻留飞行控制软件，完成视频码流的解压缩和飞行控制界面的布局，并将二者叠加在一起显示，完成与无人机操作台显示和控制的交互。该计算机具有3个网口，并具备多个RS422串口。与无人机控制台通过串口和DVI视频线相连接。

6、无人机控制台

该控制台作为人机交互的主界面，显示器显示遥测数据及飞机模拟前视图像，油门台、脚蹬和操作杆分别遥控无人机。与飞行控制计算机通过串口和DVI视频接口相连接。

二、操控系统的实现方法如下：

1、下行遥测过程

A1、接口控制模块解析出无人机遥测数据，通过网络发送给综合处理计算机。

A2、综合处理计算机对下行的遥测数据进行分解和打包，将一路包含无人机的经度、纬度、高度、速度及无人机姿态信息提取，并发送给视景仿真计算机，将另外一路无人机机体及状态回报等参数提取出，并发送给飞行控制计算机。

A3、视景仿真计算机将接收到的姿态信息进行模拟，生成模拟前视图像。

A4、视频压缩模块对模拟前视图像压缩编码，产生低速率的视频码流，经网络发送给飞行控制计算机。

A5、飞行控制计算机通过飞行控制软件解析无人机机体参数信息和解压低速率视频码流，将机体参数信息和视频码流二者叠加，输出给无人机控制台显示。

从而，完成下行遥测过程的整体实现。

2、上行遥控过程

B1、无人机操作员通过飞行控制台的油门台、脚蹬和操作杆将操控行为实时发送给飞行控制计算机。

B2、飞行控制计算机对操控行为进行响应，解析出相应的操控指令，发送给综合处理计算机。

B3、综合处理计算机对操控指令进行组帧和编码发送至接口控制模块。

B4、接口控制模块转换出相应格式，送至无人机飞行模拟设备或真实无人机。

从而，完成上行遥控过程的整体实现。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种无人机操控系统，包含无人机操控台和设备机柜，其特征在于所述无人机操控台用于作为人机交互接口，完成无人机的状态显示及与操作员的操控交互；

所述设备机柜包括综合处理计算机、飞行控制计算机、视景仿真计算机、视频压缩模块和接口控制模块；

所述接口控制模块与综合处理计算机相连接，用于将无人机的下行遥测数据发送给综合处理计算机，以及将综合处理计算机的上行遥测数据发送给无人机；

所述综合处理计算机分别与接口控制模块、视景仿真计算机和飞行控制计算机相连接，用于负责下行遥测数据的分解，将无人机的经度、纬度、高度、速度及无人机姿态信息发送给视景仿真计算机，将无人机机体及状态回报参数发送给飞行控制计算机；还用于将飞行控制计算机发送的上行遥控数据进行组帧和打包后发送给接口控制模块；

所述视景仿真计算机分别与综合处理计算机、视频压缩模块相连接，用于解析综合处理计算机输出的数据，完成无人机前视图像的模拟，并将模拟前视图像送至视频压缩模块；

所述视频压缩模块分别与视景仿真计算机、飞行控制计算机相连接，用于将视景仿真计算机输出的模拟前视图像进行压缩编码后产生视频码流发送给飞行控制计算机。

所述飞行控制计算机分别与综合处理计算机、视频压缩模块和无人机操作台相连接，用于解析无人机机体参数信息和解压视频码流，将机体参数信息和视频码流叠加，输出给无人机控制台显示；还用于接收无人机操作台的操作行为，将操作行为解析为相应的操控指令，发送给综合处理计算机。

2.根据权利要求1所述的无人机操控系统，其特征在于所述无人机控制台包括座椅、台架、油门台、脚蹬、操作杆及显示器；

所述显示器用于显示遥测数据及飞机模拟前视图像；

所述油门台、脚蹬和操作杆分别用于接收操作员的操作行为。

3.根据权利要求1所述的无人机操控系统，其特征在于所述接口控制模块包含模拟接口和机载接口；

所述模拟接口的外界输入为无人机飞行模拟设备；

所述机载接口的外界输入为真实无人机。

4.根据权利要求1所述的无人机操控系统，其特征在于所述视频压缩模块包含数字信号处理芯片、模数芯片、数模芯片；

所述数字信号处理芯片中驻留视频压缩编码软件，将模拟前视图像进行压缩编码，产生高压缩比的视频码流。

5.根据权利要求1至4任一所述的无人机操控系统的下行遥测方法，包含以下步骤：

A1、接口控制模块解析出无人机下行遥测数据，通过网络发送给综合处理计算机；

A2、综合处理计算机对下行遥测数据进行分解和打包，将一路包含无人机的经度、纬度、高度、速度及无人机姿态信息提取，并发送给视景仿真计算机，将另外一路无人机机体及状态回报等参数提取出，并发送给飞行控制计算机；

A3、视景仿真计算机将接收到的信息进行模拟，生成模拟前视图像；

A4、视频压缩模块对模拟前视图像压缩编码，产生视频码流，经网络发送给飞行控制计算机；

A5、飞行控制计算机解析无人机机体参数信息和解压视频码流，将机体参数信息和视频码流二者叠加，输出给无人机控制台显示。

6.根据权利要求1至4任一所述的无人机操控系统的上行遥测方法，包含以下步骤：

B1、无人机操作员通过飞行控制台将操控行为实时发送给飞行控制计算机；

B2、飞行控制计算机对操控行为进行响应，解析出相应的操控指令，发送给综合处理计算机；

B3、综合处理计算机对操控指令进行组帧和编码后发送给接口控制模块；

B4、接口控制模块将操控指令转换出相应格式，送至无人机。