CN105644775A - 一种无人直升机飞行试验指挥控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人直升机飞行试验指挥控制系统，属于无人直升机培训设备领域。所述系统包括一个指挥系统以及至少两个地面测控系统，所述指挥系统连接所述地面测控系统，所述任一地面测控系统通过各自的数据链路连接对应的无人直升机，所述指挥系统包括总控系统、助理系统以及空域管理系统；所述任一地面测控系统包括链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，其中，所述指挥系统下达并协调多个无人直升机目标指令、记录所述多个无人直升机的飞行信息、对飞行状态机飞行环境进行监控与调节，并与地面控制系统交换无人直升机信息及指令。该系统布局合理，在实时性和完整性方面满足无人直升机指挥控制测试要求。

Description

一种无人直升机飞行试验指挥控制系统
技术领域
本发明属于无人机地面指挥控制领域，具体涉及一种无人直升机飞行试验指挥控制系统。
背景技术
无人直升机试飞的指挥控制装置作为无人直升机试飞现场的综合指挥控制中心，负责为现场试飞人员提供对无人直升机飞行状态、飞行任务图像、试飞现场态势、数字地图导航等全方位试飞信息的综合监控与分析环境以及人机控制平台，实现对试飞现场的综合管理。
无人直升机人机指挥控制装置是最主要的人机操作环境，承担对无人直升机的飞行、状态监控与任务实施等多重任务，直接影响到无人直升机的飞行安全与任务效能，是全系统核心的指挥控制设备。随着国内无人直升机研究水平的逐步提高，实现指挥控制装置的通用性，更好地满足多型无人直升机的使用需求，已成为国内外研究的重点。现有技术中，对无人直升机的指控控制存在单一性，对两个或多个不同波段的无人直升机需要不同的指挥控制系统，在多个无人直升机共同完成任务的过程中，指挥系统需要多次交流，进而相互之间约定合作流程，操作麻烦、对协同作战等任务存在局限性，因此，研制多个无人直升机的指挥控制装置是非常必要的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种无人直升机飞行试验指挥控制系统，用于多个波段(波段A、波段B……)无人直升机试飞的指挥控制装置，能够为现场试飞人员提供对无人直升机飞行状态、飞行任务图像、试飞现场态势和现场周边气象环境等全方位试飞信息的综合监控。
本发明无人直升机飞行试验指挥控制系统，包括一个指挥系统以及至少两个地面测控系统，所述指挥系统连接所述任一地面测控系统，所述任一地面测控系统通过各自的数据链路连接对应的无人直升机飞控系统，所述指挥系统包括总控系统、助理系统以及空域管理系统；所述任一地面测控系统包括链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，其中，所述总控系统下达并协调多个无人直升机目标指令，并将无人直升机目标指令发送给地面控制系统，所述助理系统用于记录所述多个无人直升机的飞行信息，所述空域管理系统对所述多个无人直升机的飞行状态机飞行环境进行监控与调节。
优选的是，所述指挥系统与所述多个地面测控系统通过第一网络交换机交换信息。
在上述方案中优选的是，所述第一网络交换机与所述指挥系统之间设置有三条总线，分别连接所述指挥系统的总控系统、助理系统以及空域管理系统。
在上述方案中优选的是，所述第一网络交换机与所述任一地面控制系统之间设置有五条总线，分别连接所述链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统。
在上述方案中优选的是，所述地面测控系统与所述数据链路之间设置有组帧模块，所述地面测控系统与组帧模块之间通过五条串口线相互连接，所述数据链路与组帧模块通过一条串口线相互连接，所述组帧模块用于将接受自所述地面测控系统的五条数据进行组合，并将组合后的数据发送给所述数据链路，所述组帧模块还用于将接受自数据链路的信息无差别的分别发送给所述地面测控系统的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，由所述链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统自行读取所需信息。
在上述方案中优选的是，所述串口线为RS422串口线。
在上述方案中优选的是，所述与任一地面测控系统连接的组帧模块设置在两台计算机上，其中一台计算机连接一个地面测控系统与对应的数据链路，另一台计算机为共用计算机，连接所有的地面测控系统与所有的数据链路，并在后一台计算机中的组帧模块设置有判别单元，用于判别不同的地面测控系统与对应的数据链路，所述后一台计算机中的组帧模块仅在前一台计算机故障时启用。
在上述方案中优选的是，所述多个地面测控系统与所述多个数据链路之间设置有第二网络交换机，并通过该网络交换机进行相互识别，所述第二网络交换机单向通信，其通过通信链路接收来自所述数据链路的信息，并将该信息通过五条通信链路发送给所述地面测控系统的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统。
在上述方案中优选的是，所述通信链路中的数据采用TCP网络传输。
无人直升机飞行试验的指挥控制装置设计合理，硬件配置符合技术协议要求，具备向无人机试飞人员提供飞行状态、数字地图导航等试飞信息的能力。经过测试，该系统布局合理，参数显示准确性、实时性和完整性满足测试要求，系统性能指标基本满足无人机试飞要求。
附图说明
图1为本发明无人直升机飞行试验指挥控制系统的一优选实施例的示意图。
图2为图1所示实施例的席位分布图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面以两个波段的无人直升机为例对本发明做进一步详细说明。
本实施例无人直升机飞行试验指挥控制系统包括一个指挥系统以及两个地面测控系统，所述指挥系统连接所述任一地面测控系统，所述地面测控系统A与地面测控系统B通过各自的数据链路连接对应的无人直升机飞控系统，所述指挥系统包括总控系统、助理系统以及空域管理系统；所述地面测控系统包括链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，其中，所述总控系统下达并协调多个无人直升机目标指令，并将无人直升机目标指令发送给地面控制系统，所述助理系统用于记录所述多个无人直升机的飞行信息，所述空域管理系统对所述多个无人直升机的飞行状态机飞行环境进行监控与调节。
无人直升机飞行试验的指挥控制装置作为无人直升机试飞的综合指挥控制中心，不仅为试飞人员提供人机控制平台，而且提供飞行状态、任务图像、现场态势、数字地图导航和周边气象环境等全方位试飞信息的综合监控与分析，以及辅助指挥人员实现对试飞现场的综合管理。
无人直升机人机指挥控制系统由指挥系统、地面测控系统A、地面测控系统B、计算机A、计算机B、计算机C、网络交换机A和网络交换机B组成。如图1所示，其中，所述地面测控系统A与所述数据链路A之间设置有组帧模块，所述地面测控系统A与组帧模块之间通过五条串口线相互连接，所述数据链路A与组帧模块通过一条串口线相互连接，所述组帧模块用于将接受自所述地面测控系统A的五条数据进行组合，并将组合后的数据发送给所述数据链路A，所述组帧模块还用于将接受自数据链路A的信息无差别的分别发送给所述地面测控系统A的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，由所述链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统自行读取所需信息。
需要说明的是，这里的串口线为RS422串口线。
同理，所述地面测控系统B与所述数据链路B之间设置有组帧模块，所述地面测控系统B与组帧模块之间通过五条串口线相互连接，所述数据链路B与组帧模块通过一条串口线相互连接，所述组帧模块用于将接受自所述地面测控系统B的五条数据进行组合，并将组合后的数据发送给所述数据链路B，所述组帧模块还用于将接受自数据链路B的信息无差别的分别发送给所述地面测控系统B的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，由所述链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统自行读取所需信息。
所述与任一地面测控系统连接的组帧模块设置在两台计算机上，其中一台计算机连接一个地面测控系统与对应的数据链路，另一台计算机为共用计算机，连接所有的地面测控系统与所有的数据链路，并在后一台计算机中的组帧模块设置有判别单元，用于判别不同的地面测控系统与对应的数据链路，所述后一台计算机中的组帧模块仅在前一台计算机故障时启用。
如图1所示，计算机A连接地面测控系统A与数据链路A，计算机A内设置有组帧模块，同理，计算机B连接地面测控系统B与数据链路B，计算机B内也设置有相同的组帧模块，该实施例中，还包括一个备用的计算机X，计算机X中设置有相同的组帧模块，或者设置为类似的多线程的组帧模块，可以对多个地面测控系统中的数据进行分类组帧，本实施例中，计算机X连接地面测控系统A与数据链路A，也连接地面测控系统B与数据链路B，为此，在该计算机X中的组帧模块设置了一判别单元，实际操作过程中，将多个组帧模块中的组帧函数嵌入到case或if语句中，并通过识别号作为判断条件，所述识别号为地面测控系统与数据链路的识别号。
另外，所述多个地面测控系统与所述多个数据链路之间设置有第二网络交换机，本实施例中，如图1所示，第二网络交换机为网络交换机A，其通过TCP网络传输数据，并通过该网络交换机进行相互识别，所述网络交换机A单向通信，其通过通信链路接收来自所述数据链路的信息，并将该信息通过五条通信链路发送给所述地面测控系统的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统。
地面测控系统(A或B)均设置3个测控台，共有5个席位，地面测控系统A从左至右依次为：链路管理员、任务控制员、操作手、飞行指挥员、飞行控制员；地面测控系统B从右至左依次为链路管理员、任务控制员、操作手、飞行指挥员、飞行控制员；在地面测控系统A和地面测控系统B之间布置了现场指挥系统；指挥系统设置2个指挥台，共有3个岗位，从左至右依次为：空域管理员、总指挥和指挥助理。(总指挥和指挥助理共用一个指挥台，空域管理员单独使用一个指挥台),如图2所示，任一测控台包括两个席位，链路管理系统与任务控制系统分别设置在测控台A1处，即该处测控台A1处由链路管理员与任务管理员两个人操纵，操作系统与飞行指挥系统分别设置在测控台A2处，即该处测控台A2处由操作手与飞行指挥员两个人操纵，飞行控制系统设置在测控台A3处，即该处测控台A3处的两个席位均有飞行控制员控制。
同理，地面测控系统B处的席位分布于地面测控系统A类似，不再赘述。
指挥系统包括两个指挥台，共计四个席位或者三个席位，其中，空域管理系统单独使用一个指挥台1，使用一个或者两个席位；助理系统与总控系统使用指挥台2中的两个席位，即如图2所述，空域管理员操纵一个席位，总指挥与指挥助理在指挥台2处分别操纵相应的席位。
现场指挥系统的岗位职责如下：
a)总指挥的职责及功能：负责试验现场的组织、协调和指挥；监视无人机有序地起飞或着陆；查看机场气象数据；下达应急操作指令；综合显示地面控制系统信息。
b)指挥助理的职责及功能：协助总指挥完成试飞活动，编制及记录试验试飞数据；综合数据库管理(飞行状态、时间、油量数据等信息保存并生成报表)；二维地图显示多机飞行状态。
c)空域管理员的职责及功能：监视及管制试飞空域内的无人直升机；空域申请与协调；飞行调度，飞行情况监控；机场气象监测与显示；监视机场跑道状态。
地面测控系统的岗位职责如下：
a)飞行指挥员的职责及功能：接受总指挥的指令、并下达操作指令；监视飞行重要数据(飞行姿态、飞行状态和机载设备状态)；下达应急操作指令。
b)飞行控制员的职责及功能：监视无人直升机的飞行状态和遥控遥测数；发送无人直升机的操作指令及确认指令回报；汇报出现的异常情况。
c)操作手的职责及功能：使用控制设备对无人直升机进行人工操纵；汇报发现的异常情况并处置。
d)任务控制员的职责及功能：控制任务设备(通过手柄控制光电设备)；进行单机飞行航迹规划，装订航线；显示任务系统信息；在二维电子地图中显示无人机飞行航迹。
e)链路管理员的职责及功能：汇报出现的异常情况监视遥测数据；汇报出现的异常情况。
无人直升机下传的遥测数据通过数据链路传输到计算机，并将发往测控台；各种遥控指令经过计算机进行组帧，并通过数据链路上传至无人机。
数据链路A将无人机下传的数据通过RS422分别传送至计算机A和计算机C，计算机A和计算机C同时将接收到的信息传送至地面测控系统A，最终在测控台A1、测控台A2和测控台A3上显示所需的信息；无人机下传的数据通过TCP网络传送至网络交换机A，作为备份，地面测控系统A可以从网络交换机A获取无人机下传的数据，最终在测控台A1、测控台A2和测控台A3上显示所需的信息；操作人员可以选择数据来源。此外，测控台A1、测控台A2和测控台A3上显示的信息可以通过TCP网络传送至网络交换机B，并可以在总指挥席位同步显示。
地面测控系统A中的链路管理员、任务控制员、操作手、飞行控制员发送的指令通过RS422串口线同时传送至计算机A和计算机C，完成数据组帧后，再通过RS422发送至数据链路A，最终由数据链路A将地面的遥控指令发送给无人机，实现对无人机的操作或控制。
波段B无人机指挥控制的工作原理与波段A无人机指挥控制完全一致。
计算机A机和计算机B机均为正常运行状态下的计算机，分别运行波段A和波段B无人机的飞行数据，计算机A运行波段A无人机的数据，计算机B运行波段B无人机的数据；计算机C为备份机，在飞行过程中，当计算机A或者计算机B发生故障时可以自动或人工切换到计算机C。
无人直升机飞行试验的指挥控制装置设计合理，硬件配置符合技术协议要求，具备向无人机试飞人员提供飞行状态、数字地图导航等试飞信息的能力。
经过测试，该系统布局合理，参数显示准确性、实时性和完整性满足测试要求，系统性能指标基本满足无人机试飞要求。
最后需要指出的是：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 (9)

1.一种无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：包括一个指挥系统以及至少两个地面测控系统，所述指挥系统连接所述任一地面测控系统，所述任一地面测控系统通过各自的数据链路连接对应的无人直升机飞控系统，所述指挥系统包括总控系统、助理系统以及空域管理系统；所述任一地面测控系统包括链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，其中，所述总控系统下达并协调多个无人直升机目标指令，并将无人直升机目标指令发送给地面控制系统，所述助理系统用于记录所述多个无人直升机的飞行信息，所述空域管理系统对所述多个无人直升机的飞行状态机飞行环境进行监控与调节。
2.如权利要求1所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述指挥系统与所述多个地面测控系统通过第一网络交换机交换信息。
3.如权利要求2所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述第一网络交换机与所述指挥系统之间设置有三条总线，分别连接所述指挥系统的总控系统、助理系统以及空域管理系统。
4.如权利要求2所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述第一网络交换机与所述任一地面控制系统之间设置有五条总线，分别连接所述链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统。
5.如权利要求1所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述地面测控系统与所述数据链路之间设置有组帧模块，所述地面测控系统与组帧模块之间通过五条串口线相互连接，所述数据链路与组帧模块通过一条串口线相互连接，所述组帧模块用于将接受自所述地面测控系统的五条数据进行组合，并将组合后的数据发送给所述数据链路，所述组帧模块还用于将接受自数据链路的信息无差别的分别发送给所述地面测控系统的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统，由所述链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统自行读取所需信息。
6.如权利要求5所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述串口线为RS422串口线。
7.如权利要求5所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述与任一地面测控系统连接的组帧模块设置在两台计算机上，其中一台计算机连接一个地面测控系统与对应的数据链路，另一台计算机为共用计算机，连接所有的地面测控系统与所有的数据链路，并在后一台计算机中的组帧模块设置有判别单元，用于判别不同的地面测控系统与对应的数据链路，所述后一台计算机中的组帧模块仅在前一台计算机故障时启用。
8.如权利要求1所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述多个地面测控系统与所述多个数据链路之间设置有第二网络交换机，并通过该网络交换机进行相互识别，所述第二网络交换机单向通信，其通过通信链路接收来自所述数据链路的信息，并将该信息通过五条通信链路发送给所述地面测控系统的链路管理系统、任务控制系统、操作系统、飞行指挥系统以及飞行控制系统。
9.如权利要求8所述的无人直升机飞行试验指挥控制系统，其特征在于：所述通信链路中的数据采用TCP网络传输。
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