CN106301532A - 一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统 - Google Patents

一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，包括机载链路端机和地面站，所述地面站的输入端连接有数据接口单元，地面站的输出端连接有数据采编器，且地面站、数据接口单元和数据采编器上均安装有机载链路端机，所述数据接口单元包括射频收发模块和频率综合器，所述频率综合器通过功率放大器与射频收发模块相连接，所述射频收发模块的输出端和频率综合器的输入端均连接有中频I/Q解调器；所述地面站包括工控机和核心处理器，所述核心处理器的输出端连接有信息交换模块，信息交换模块连接到数据采编器的输入端，建立了完善的数据链系统，能及时准确稳定传输数据的测控与信息传输系统，满足无人机通信组网及通信中继的要求。

Description

一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体为一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统。
背景技术
无人机已成为当今高新技术装备发展的热点之一。其使用价值，尤其是军用价值已被各国公认。各军事大国正将无人机的使用范围从侦察、监视扩大到武装攻击，其性能不断改进。无人机测控数据链技术是伴随着无人机的发展而发展。
数据链是在数字通信技术发展的基础上，利用各种先进的调制解调技术、纠错编码技术、组网通信技术和信息融合技术等形成的一类适应指挥控制系统计算机之间数据通信需求的新型技术。无人机上的数据链系统主要负责目标、环境和协同这三个方面信息的传递和交换。它的组成一般包括操控平台上的数据链舱、控制面板、机载数据链和遥控测试设备等，无人机测控数据链路设计涉及到抗干扰性传输距离和数据传输速度在当今的战场环境下抗干扰性和数据链路的低概率被截获性是任务成功的极重要因素，无人机的重量、尺寸、电源散热以及天线诸多方面也是限制机载数据链路终端应用及性能的主要因素，这些限制因素影响到数据链路的一些关键性能，例如：发射器功率受飞机电源允许的散热质量以及尺寸的限制；天线类型和增益受天线质量尺寸和位置限制位置是需要在飞机的空气动力学下去考虑的；频率段必须基于天线尺寸和发射机功率去选择能够满足干扰条件下的链路预算。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，采用相应的新技术，增强数据传输能力、抗干扰能力和多机测控能力，提高通用化、系列化和模块化程度，以进一步满足各类无人机对测控系统的需求，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，包括机载链路端机和地面站，所述地面站的输入端连接有数据接口单元，地面站的输出端连接有数据采编器，且地面站、数据接口单元和数据采编器上均安装有机载链路端机，所述数据接口单元包括射频收发模块和频率综合器，所述频率综合器通过功率放大器与射频收发模块相连接，且功率放大器与射频收发模块之间还连接有多级收发开关，所述射频收发模块的输出端和频率综合器的输入端均连接有中频I/Q解调器；所述地面站包括工控机和核心处理器，所述工控机通过设置在其内部的无线控制设备与核心处理器相连接，所述核心处理器的数据输入端连接有指令操纵器，核心处理器的输出端连接有信息交换模块，信息交换模块连接到数据采编器的输入端，核心处理器还连接有阵地指挥中心、人机交互模块和电源模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述中频I/Q解调器的输出端与基带扩频调制器相连接，所述基带扩频调制器的输出端分别连接有图像信息处理器和外接口处理器，所述图像信息处理器的输入端连接有视频数据采集模块，所述外接口处理器上设置有RS422通信接口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述数据采编器包括飞控计算机，所述飞控计算机的输出端连接有无线数据收发器，所述无线数据收发器的输出端连接有摄像头驱动模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述核心处理器采用ARM11系列嵌入式处理器，且核心处理器的输出端还连接有DDR3存储器和时钟控制模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述指令操纵器包括液晶显示模块，所述液晶显示模块的输出端连接有UART串口转换模块，所述有UART串口转换模块的输出端连接有解码器，所述解码器的输出端连接到核心处理器的数据输入端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述数据采编器内部还设置有编码器，所述编码器的输入端连接到飞控计算机的输出端，且编码器的输出端还连接有RS232通信接口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述阵地指挥中心还通过接收天线与数据采编器相连接，所述接收天线包括鉴相器和压控振荡器，所述鉴相器连接到飞控计算机，鉴相器和压控振荡器之间还连接有带通滤波器，所述压控振荡器输出端连接有分频器，所述分频器的输出端反馈连接到鉴相器的输入端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互模块包括监控机和输入键盘，所述监控机和输入键盘的数据端连接有语音通信模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电源模块包括电压变换器，所述电压变换器的输出端还连接有电流检测电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，通过机载数据接口单元完成与机上电气设备接口，利用丰富的接口形式与不同的任务载荷设备、GPS、飞控系统等设备交联，机载链路端机通过透明方式完成信息的发送；地面固定测控系统完成对远距离视距范围内单架无人机的测控和载荷信息传输；机动测控设备可以完成近距范围内无人飞机的应急控制，建立了完善的数据链系统，能及时准确稳定传输数据的测控与信息传输系统，同时，提高了无人机测控系统使用效率，实现多机多系统兼容与协同工作，互通互联互操作和资源共享，满足无人机通信组网及通信中继的要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电路结构示意图。
图中：1-机载链路端机；2-地面站；3-数据接口单元；4-数据采编器；5-射频收发模块；6-频率综合器；7-中频I/Q解调器；8-核心处理器；9-指令操纵器；10-信息交换模块；11-阵地指挥中心；12-人机交互模块；13-电源模块；14-多级收发开关；15-功率放大器；16-工控机；17-无线控制设备；18-基带扩频调制器；19-图像信息处理器；20-外接口处理器；21-视频数据采集模块；22-RS422通信接口；23-飞控计算机；24-无线数据收发器；25-摄像头驱动模块；26-DDR3存储器；27-时钟控制模块；28-液晶显示模块；29-UART串口转换模块；30-解码器；31-编码器；32-RS232通信接口；33-接收天线；34-鉴相器；35-压控振荡器；36-带通滤波器；37-分频器；38-监控机；39-输入键盘；40-语音通信模块；41-电压变换器；42-电流检测电路。
具体实施方式
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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例：
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，包括机载链路端机1和地面站2，所述地面站2的输入端连接有数据接口单元3，地面站2的输出端连接有数据采编器4，且地面站2、数据接口单元3和数据采编器4上均安装有机载链路端机1，所述数据采编器4包括飞控计算机23，所述飞控计算机23的输出端连接有无线数据收发器24，所述无线数据收发器24的输出端连接有摄像头驱动模块25，所述数据采编器4内部还设置有编码器31，所述编码器31的输入端连接到飞控计算机23的输出端，且编码器31的输出端还连接有RS232通信接口32，所述数据接口单元3包括射频收发模块5和频率综合器6，所述频率综合器6通过功率放大器15与射频收发模块5相连接，且功率放大器15与射频收发模块5之间还连接有多级收发开关14，所述射频收发模块5的输出端和频率综合器6的输入端均连接有中频I/Q解调器7，所述中频I/Q解调器7的输出端与基带扩频调制器18相连接，所述基带扩频调制器18的输出端分别连接有图像信息处理器19和外接口处理器20，所述图像信息处理器19的输入端连接有视频数据采集模块21，所述外接口处理器20上设置有RS422通信接口22；所述地面站2包括工控机16和核心处理器8，所述工控机16通过设置在其内部的无线控制设备17与核心处理器8相连接，所述核心处理器8的数据输入端连接有指令操纵器9，所述指令操纵器9包括液晶显示模块28，所述液晶显示模块28的输出端连接有UART串口转换模块29，所述有UART串口转换模块29的输出端连接有解码器30，所述解码器30的输出端连接到核心处理器8的数据输入端，核心处理器8的输出端连接有信息交换模块10，信息交换模块10连接到数据采编器4的输入端，核心处理器8还连接有阵地指挥中心11、人机交互模块12和电源模块13，所述核心处理器8采用ARM11系列嵌入式处理器，且核心处理器8的输出端还连接有DDR3存储器26和时钟控制模块27，所述阵地指挥中心11还通过接收天线33与数据采编器4相连接，所述接收天线33包括鉴相器34和压控振荡器35，所述鉴相器34连接到飞控计算机23，鉴相器34和压控振荡器35之间还连接有带通滤波器36，所述压控振荡器35输出端连接有分频器37，所述分频器37的输出端反馈连接到鉴相器34的输入端，所述人机交互模块12包括监控机38和输入键盘39，所述监控机38和输入键盘39的数据端连接有语音通信模块40，所述电源模块13包括电压变换器41，所述电压变换器41的输出端还连接有电流检测电路42。
(1)所述机载测控终端接收地面测控终端上传的指令，完成链路设备控制、机载平台控制及载荷设备控制等指令的分发，并将飞控系统信息、载荷信息及定位信息等进行压缩、编码、调制后发送回地面测控设备；
(2)所述地面固定站接收机载测控终端下传的飞控系统信息、载荷信息及定位信息等遥测信息并转发给指控中心，完成链路设备控制、机载平台控制及载荷设备控制等遥控指令的上传并转发给指控中心，所述机动站与地面固定站功能相同，主要完成飞控系统信息的实时监控，保障飞机飞行安全；
(3)所述机载链路端机接收地面测控设备无线发送的指令，通过接口单元分解完成链路设备控制、机载平台的控制以及载荷设备的分发功能。接收通过数据采编器进行复接的飞控系统(自动驾驶仪)的遥测信息、载荷设备的载荷信息以及卫导系统的定位信息，同时将上述信息进行压缩、编码、调制后透明传至地面测控设备，所述机载链路端机采用模块化堆栈结构形式，划分为4个模块：射频前端模块、射频通道模块、中频基带模块和电源综合模块。各模块射频及中频模拟信号采用混合连接器内部互连，各模块的低频信号采用PCB连接器互连；
(4)所述接收天线接收发送通道送来的射频信号，放大到足够功率后经滤波送至天线，并通过开关切换天线接收的微波信号送至接收通道实现整机的分时双工工作，所述射频收发通道模块，将接收到的射频信号下变频至接收中频信号输出，将接收到的发射中频信号上变频到射频输出，并在变换过程中实现对信号的滤波放大等处理，所述中频基带处理模块，对中频信号进行调制解调，形成基带I/Q信号，完成图像信源编码、信道编解码、带通信号处理、扩频处理、通道控制、系统同步以及对频率合成器的控制，同时完成与机上数据采编器的接口交连；
(5)所述射频收发通道模块，由于采用分时双工工作方式，接收和发射通道可共用混频器和滤波器，通过开关对接收和发射信号进行选择，模块主要功能是将接收的射频信号下变频至接收中频信号输出，将接收到的发射中频信号上变频到射频信号，并在变换过程中实现对信号的滤波放大等处理，本振通道实现基波信号的倍频放大滤波等功能。
本发明的工作原理：该基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，通过机载数据接口单元完成与机上电气设备接口，利用丰富的接口形式与不同的任务载荷设备、GPS、飞控系统等设备交联，机载链路端机通过透明方式完成信息的发送；地面固定测控系统完成对远距离视距范围内单架无人机的测控和载荷信息传输；机动测控设备可以完成近距范围内无人飞机的应急控制，建立了完善的数据链系统，能及时准确稳定传输数据的测控与信息传输系统，同时，提高了无人机测控系统使用效率，实现多机多系统兼容与协同工作，互通互联互操作和资源共享，满足无人机通信组网及通信中继的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，包括机载链路端机(1)和地面站(2)，所述地面站(2)的输入端连接有数据接口单元(3)，地面站(2)的输出端连接有数据采编器(4)，且地面站(2)、数据接口单元(3)和数据采编器(4)上均安装有机载链路端机(1)，其特征在于：所述数据接口单元(3)包括射频收发模块(5)和频率综合器(6)，所述频率综合器(6)通过功率放大器(15)与射频收发模块(5)相连接，且功率放大器(15)与射频收发模块(5)之间还连接有多级收发开关(14)，所述射频收发模块(5)的输出端和频率综合器(6)的输入端均连接有中频I/Q解调器(7)；所述地面站(2)包括工控机(16)和核心处理器(8)，所述工控机(16)通过设置在其内部的无线控制设备(17)与核心处理器(8)相连接，所述核心处理器(8)的数据输入端连接有指令操纵器(9)，核心处理器(8)的输出端连接有信息交换模块(10)，信息交换模块(10)连接到数据采编器(4)的输入端，核心处理器(8)还连接有阵地指挥中心(11)、人机交互模块(12)和电源模块(13)。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述中频I/Q解调器(7)的输出端与基带扩频调制器(18)相连接，所述基带扩频调制器(18)的输出端分别连接有图像信息处理器(19)和外接口处理器(20)，所述图像信息处理器(19)的输入端连接有视频数据采集模块(21)，所述外接口处理器(20)上设置有RS422通信接口(22)。
3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述数据采编器(4)包括飞控计算机(23)，所述飞控计算机(23)的输出端连接有无线数据收发器(24)，所述无线数据收发器(24)的输出端连接有摄像头驱动模块(25)。
4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述核心处理器(8)采用ARM11系列嵌入式处理器，且核心处理器(8)的输出端还连接有DDR3存储器(26)和时钟控制模块(27)。
5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述指令操纵器(9)包括液晶显示模块(28)，所述液晶显示模块(28)的输出端连接有UART串口转换模块(29)，所述有UART串口转换模块(29)的输出端连接有解码器(30)，所述解码器(30)的输出端连接到核心处理器(8)的数据输入端。
6.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述数据采编器(4)内部还设置有编码器(31)，所述编码器(31)的输入端连接到飞控计算机(23)的输出端，且编码器(31)的输出端还连接有RS232通信接口(32)。
7.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述阵地指挥中心(11)还通过接收天线(33)与数据采编器(4)相连接，所述接收天线(33)包括鉴相器(34)和压控振荡器(35)，所述鉴相器(34)连接到飞控计算机(23)，鉴相器(34)和压控振荡器(35)之间还连接有带通滤波器(36)，所述压控振荡器(35)输出端连接有分频器(37)，所述分频器(37)的输出端反馈连接到鉴相器(34)的输入端。
8.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述人机交互模块(12)包括监控机(38)和输入键盘(39)，所述监控机(38)和输入键盘(39)的数据端连接有语音通信模块(40)。
9.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的无人机测控数据链路系统，其特征在于：所述电源模块(13)包括电压变换器(41)，所述电压变换器(41)的输出端还连接有电流检测电路(42)。
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