CN107861521A - 无人靶机地面站系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无人靶机地面站系统，主要包括：主控计算机、通讯模块、电源模块、显示模块和输入模块；本发明的无人靶机地面站系统，可以实现对无人靶机实时控制，数据传输精确以及成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及无人靶机技术领域，具体地，涉及无人靶机地面站系统。
背景技术
无人机地面站是无人机系统驾驶员远程操控和实时监控无人机飞行姿态、航拍视频的平台，可提供人性化3D图形操作界面，直观便携、浅显易懂，突破了传统的(安装复杂、操作繁琐、表现形式单一、过于依赖数据显示)无人机控制系统陈规。
无人机地面站可实时接收显示空中视频图像和详尽的飞行器遥测数据，对信号不良、电池电量不足、操作有误可实时光学、声音、画面报警。基于地图或其他GIS数据规划用于自动驾驶的3D航线和空中航点任务，空中航点任务应包括环景拍摄、中心点包围拍摄和垂直对地遥感拍摄等常见任务模式，可读取机载飞行数据记录仪数据并对数据分析。可指点飞行、绕点飞行、自动起飞、一键自动返回、自动降落。
地面站采用三防防护箱，内置三防计算机，采用I7四核处理器、500G硬盘，4G内存，高端独立显卡，1G独立显存，具有抗震、防水功能，测控信号丢失自动返航功能。具有HDMI、SDI、cvbs、莲花头等视频输出接口。地面站遥控系统天线和视频接收天线具备自动跟踪功能，可根据无人机飞行方向，自动调整角度跟踪无人机飞行器。
现阶段的无人靶机的地面站系统存在耗资巨大、与无人靶机通信不畅通等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出无人靶机地面站系统，以实现对无人靶机实时控制，数据传输精确以及成本低的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：无人靶机地面站系统，主要包括：
主控计算机：主控计算机为地面站软件提供运行平台，在飞行前规划飞行任务航线、设置控制参数、进行地面检测；在飞行过程中同时监视多架无人机飞行参数，发送无人机控制指令，控制无人机飞行，同时存储记录无人机的飞行数据并且在飞行后提供飞行数据的回放功能和数据分析功能；
通讯模块：实现地面站控制软件与飞控软件之间的数据交换；
电源模块：主要为地面站提供供电功能；
显示模块：用于地面站软件的显示，可以同时监控多架无人机的飞行状态和轨迹；
输入模块：主要用于地面站的输入功能。
进一步地，所述通讯模块包括地面站数传电台、数传天线以及天线馈线。
进一步地，所述主控计算机通过RS232串口将数据发送至链路地面终端，链路地面终端通过无线链路将指令发送到链路机载终端，链路机载终端通过RS232将通讯数据发送至飞控系统；同时飞控系统将飞控参数通过RS232回传至链路机载终端，链路机载终端通过无线链路，下传至链路地面终端，最终链路地面终端将飞控数据通过RS232回传至地面站控制软件。
进一步地，所述主控计算机控制软件包括数据链路通讯模块、数传链路参数设置模块、飞行任务管理模块、飞行异常报警模块、飞行模式切换模块、地面检查校准模块、飞行参数设置模块、飞行命令上传模块、飞行数据监测模块和飞行记录数据模块。
进一步地，所述飞行任务管理模块包括地图管理模块、任务管理模块和航线规划模块。
进一步地，所述航线规划模块可以通过该模块在飞行地图上直接设置不同编号无人机飞行的航点与航线，以及在航点处设置无人机要执行的任务动作，并且可以对设置好的航点和任务动作等信息进行增删改查等操作；
用户可以在菜单栏中选择新增航线，在地图下方会出现航线规划窗口，在地图中左键可以快速的新建航点，并可以在航线规划窗口中进行详细配置，配置航线完成后可以通过无线链路上传到无人机飞控系统中。
进一步地，所述飞行参数设置模块包括ECU设置模块和控制率设置模块。
进一步地，所述飞行数据监测模块包括轨迹监测模块、参数监测模块和姿态监测模块。
进一步地，所述主控计算机控制软件还包括飞前检测模块，该模块用于无人机飞行前的地面检测，从而更好的保证无人的飞行任务。
进一步地，所述飞前检测模块检测内容包括：无人机状态检测、无人机电气系统检测、ECU检测、发动机检测、舵机检测、飞控参数检测和飞行航线航路点检测。
本发明的有益技术效果：
本发明的无人靶机地面站系统，主要包括：主控计算机：主控计算机为地面站软件提供运行平台，在飞行前规划飞行任务航线、设置控制参数、进行地面检测；在飞行过程中监视无人机飞行参数，发送无人机控制指令，控制无人机飞行，同时存储记录无人机的飞行数据并且在飞行后提供飞行数据的回放功能和数据分析功能；通讯模块：实现地面站控制软件与飞控软件之间的数据交换；电源模块：主要为地面站提供供电功能；显示模块：用于地面站软件的显示，可以监控无人机的飞行状态和轨迹；输入模块：主要用于地面站的输入功能。可以实现对无人靶机实时控制，数据传输精确以及成本低的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所述无人靶机地面站系统的结构示意图；
图2为本发明所述无人靶机地面站系统的地面站控制软件结构示意图；
图3为本发明所述无人靶机地面站系统的地面站控制软件数据传输结构示意图；
图4为本发明所述无人靶机地面站系统的飞行仪表监控示意图；
图5为本发明所述无人靶机地面站系统的实时数据监控示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，无人靶机地面站系统，主要包括：
主控计算机：主控计算机为地面站软件提供运行平台，在飞行前规划多架无人机飞行任务航线、设置控制参数、进行地面检测；在飞行过程中同时监视多架无人机飞行参数，发送无人机控制指令，控制无人机飞行，同时存储记录无人机的飞行数据并且在飞行后提供飞行数据的回放功能和数据分析功能；
通讯模块：实现地面站控制软件与飞控软件之间的数据交换；
电源模块：主要为地面站提供供电功能；
显示模块：用于地面站软件的显示，可以监控无人机的飞行状态和轨迹；
输入模块：主要用于地面站的输入功能。
所述通讯模块包括地面站数传电台、数传天线以及天线馈线。
如图2所示，地面站控制软件主要用于监控无人机的飞行状态，控制无人机的实时飞行，以及记录无人机的飞行数据。所述主控计算机控制软件包括数据链路通讯模块、数传链路参数设置模块、飞行任务管理模块、飞行异常报警模块、飞行模式切换模块、地面检查校准模块、飞行参数设置模块、飞行命令上传模块、飞行数据监测模块和飞行记录数据模块。
所述飞行任务管理模块包括地图管理模块、任务管理模块和航线规划模块。
所述航线规划模块可以通过该模块在飞行地图上直接设置飞行的航点与航线，以及在航点处设置无人机要执行的任务动作，并且可以对设置好的航点和任务动作等信息进行增删改查等操作；
用户可以在菜单栏中选择新增航线，在地图下方会出现航线规划窗口，在地图中左键可以快速的新建航点，并可以在航线规划窗口中进行详细配置，配置航线完成后可以通过无线链路上传到无人机飞控系统中。
所述飞行参数设置模块包括ECU设置模块和控制率设置模块。
所述飞行数据监测模块包括轨迹监测模块、参数监测模块和姿态监测模块。
所述主控计算机控制软件还包括飞前检测模块，该模块用于无人机飞行前的地面检测，从而更好的保证无人的飞行任务。
所述飞前检测模块检测内容包括：无人机状态检测、无人机电气系统检测、ECU检测、发动机检测、舵机检测、飞控参数检测和飞行航线航路点检测。该模块采用流程化检测方式。每一个检测按照流程化来管理。上一模块的检测如不通过无法进入下一模块的检测。从而极大的提高了飞前检测的正确性与完整性、减少人为性操作的失误。从而为飞行提供了强力的保障。
(1)整机状态检测
包括空速检测，高度检测，姿态检测，GPS检测，通讯检测等。
a)空速检测：空速的正确性以及校准空速至零功能；
b)高度检测：海拔高速与场高的转换；
c)姿态检测：飞机默认姿态是否处于水平位置，以及飞机滚转、俯仰姿态的正确性；
d)GPS检测：GSP定位的正确性及准确性；
e)通讯检测：与飞控通讯的正确性及及时性；
(2)电气系统检测
电气系统检测是指对飞控供电电源，舵机电压，动力电源等电源的检测。
(3)飞控及飞控参数检测
无人机飞控检测包含对无人目标机飞控功能及飞控参数的检测。其中飞控功能包含对无人目标机各个舵面的控制的检测，检测的舵面有左平尾、右平尾以及方向舵。检测方式为对左右平尾进行上偏、下偏、回中等操作；对方向舵进行左偏、回中、右偏等操作，看操作与实际结果是否一致。
飞控参数检测功能用于检查待飞无人机的飞控参数与预期参数是否一致，如果不一致则会在界面给出提示警告。
(4)ECU检测
ECU检测包括对ECU状态检测，能否正常进行开泵，吸油，点火，熄火等操作。
(5)发动机检测
发动机检测用于在飞行前对发动机的运行状态进行检测，将无人目标机的油门分别放置启动位，最大位与巡航位同时监控发动机的状态是否正确。
1.数据监控模块
(1)飞行数据监控模块
飞行数据监控模块用于无人机在飞行实验当中监控无人机的飞行数据。飞行数据可以在表中直接显示，监控数据见下表：
表1飞行数据监控列表
| 序号 | 参数名称 | 单位 | 序号 | 参数名称 | 单位 |
| 1 | 空速 | M/S | 12 | 主电源电压 | V |
| 2 | 海拔高度 | M | 13 | 舵机电源电压 | V |
| 3 | 俯仰角 | Deg | 14 | 发动机电源电压 | V |
| 4 | 滚转角 | Deg | 15 | 升降舵偏度 | Deg |
| 5 | 偏航角 | Deg | 16 | 副翼偏度 | Deg |
| 6 | 磁航向 | Deg | 17 | 油门大小 | |
| 7 | 经度 | 0 | 18 | 发动机状态 | |
| 8 | 维度 | 0 | 19 | 伞舱状态 | |
| 9 | 目标导航点 | 20 | 总航时 | S | |
| 10 | 距目标点距离 | CM | 21 | 当前航时 | S |
| 11 | 距目标点横偏距 | CM | 22 | 剩余航时 | S |
(2)飞行轨迹监控模块
该模块实现了飞行时对无人机轨迹的实时监控功能。无人机在执行飞行实验时，地面站控制软件会动态的将无人机的飞行轨迹显示在地图上，并显示无人机的航向。轨迹的刷新时间为2Hz。
(3)飞行仪表监控
该模块实现了用飞行仪表的方式直观的显示部分重要的飞行数据，可以更加直观的了解飞行状态，如图4所示。
(4)实时数据监控
实时数据监控模块，可以选择关系的数据，绘制成实时检测图形，支持多组参数同时显示在一个窗口，可以指定显示线条的颜色、参数、支持取点、缩放等，如图5所示。
(5)飞行姿态监控
飞行姿态监控模块即为HUD头显模块，显示飞机的飞行状态，包括空速、地速、俯仰、滚转、航向、高度、GPS状态等信息。
2.指令上传模块
用来在飞行过程中发送控制指令，由指令按钮、数字输入框组成。指令区中当有一个特定的文本框，用于显示指令发送结果，并可向其中写入特定命令发送到飞控。
3.数据记录模块
飞行数据记录模块包括数据记录，数据回放和数据分析等功能。
(1)数据记录功能
地面站控制软件以1HZ的频率存储飞控下传的数据，并保存在本地文件上。当地面站控制软件连接到飞控时开始记录数据，断开连接时停止记录数据。
(2)数据回放功能
地面站控制软件可以加载存储到本地的数据文件，弹出数据回放界面，进行飞行数据的回放，并可以快进，快退，快放，慢放等功能。
4.故障报警模块
无人目标机在飞行实验中，如果突然出现飞机失控、发动机停车、油量过少，电源电压过低等突发特情，该模块则提供报警功能，飞机出特情后，将会在系统界面给予直观的提示，确保及时的采取补救措施。
表2故障报警模块输出表
| 编号 | 输出信息 |
| 1 | 飞机失控特情提示信息 |
| 2 | 发动机停车特情提示信息 |
| 3 | 油量报警提示信息 |
| 4 | 空速报警提示信息 |
| 5 | 高度报警提示信息 |
| 6 | GPS状态报警提示信息 |
| 7 | 系统状态报警提示信息 |
| 8 | 通讯状态报警提示信息 |
| 9 | 主电源提示信息 |
| 10 | 舵机电源提示信息 |
| 11 | 发动机电源提示信息 |
| 12 | 伞舱故障提示信息 |
如图3所示，所述主控计算机通过RS232串口将数据发送至链路地面终端，链路地面终端通过无线链路将指令发送到链路机载终端，链路机载终端通过RS232将通讯数据发送至飞控系统；同时飞控系统将飞控参数通过RS232回传至链路机载终端，链路机载终端通过无线链路，下传至链路地面终端，最终链路地面终端将飞控数据通过RS232回传至地面站控制软件。
至少可以达到以下有益效果：
本发明的无人靶机地面站系统，主要包括：主控计算机：主控计算机为地面站软件提供运行平台，在飞行前规划飞行任务航线、设置控制参数、进行地面检测；在飞行过程中监视无人机飞行参数，发送无人机控制指令，控制无人机飞行，同时存储记录无人机的飞行数据并且在飞行后提供飞行数据的回放功能和数据分析功能；通讯模块：实现地面站控制软件与飞控软件之间的数据交换；电源模块：主要为地面站提供供电功能；显示模块：用于地面站软件的显示，可以监控无人机的飞行状态和轨迹；输入模块：主要用于地面站的输入功能。可以实现对无人靶机实时控制，数据传输精确以及成本低的优点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.无人靶机地面站系统，其特征在于，主要包括：
主控计算机：主控计算机为地面站软件提供运行平台，在飞行前规划飞行任务航线、设置控制参数、进行地面检测；在飞行过程中监视无人机飞行参数，发送无人机控制指令，控制无人机飞行，同时存储记录无人机的飞行数据并且在飞行后提供飞行数据的回放功能和数据分析功能；可同时对多架无人机进行实时监测，支持一站多机模式；
通讯模块：实现地面站控制软件与飞控软件之间的数据交换；
电源模块：主要为地面站提供供电功能；
显示模块：用于地面站软件的显示，可以监控多架无人机的飞行状态和轨迹；
输入模块：主要用于地面站的输入功能。
2.根据权利要求1所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述通讯模块包括地面站数传电台、数传天线以及天线馈线。
3.根据权利要求1所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述主控计算机通过RS232串口将数据发送至链路地面终端，链路地面终端通过无线链路将指令发送到链路机载终端，链路机载终端通过RS232将通讯数据发送至飞控系统；同时飞控系统将飞控参数通过RS232回传至链路机载终端，链路机载终端通过无线链路，下传至链路地面终端，最终链路地面终端将飞控数据通过RS232回传至地面站控制软件。
4.根据权利要求1所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述主控计算机控制软件包括数据链路通讯模块、数传链路参数设置模块、飞行任务管理模块、飞行异常报警模块、飞行模式切换模块、地面检查校准模块、飞行参数设置模块、飞行命令上传模块、飞行数据监测模块和飞行记录数据模块。
5.根据权利要求4所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述飞行任务管理模块包括地图管理模块、任务管理模块和航线规划模块。
6.根据权利要求5所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述航线规划模块可以通过该模块在飞行地图上直接设置飞行的航点与航线，以及在航点处设置无人机要执行的任务动作，并且可以对设置好的航点和任务动作等信息进行增删改查等操作；
用户可以在菜单栏中选择新增航线，在地图下方会出现航线规划窗口，在地图中左键可以快速的新建航点，并可以在航线规划窗口中进行详细配置，配置航线完成后可以通过无线链路上传到无人机飞控系统中。
7.根据权利要求5所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述航线规划模块可以按编号对多架无人靶机进行航线规划，以及对多个同时留空的靶机进行实时监测、实时更改航点、发送控制指令。
8.根据权利要求4所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述飞行参数设置模块包括ECU设置模块和控制率设置模块。
9.根据权利要求4所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述飞行数据监测模块包括轨迹监测模块、参数监测模块和姿态监测模块。
10.根据权利要求1所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述主控计算机控制软件还包括飞前检测模块，该模块用于无人机飞行前的地面检测，从而更好的保证无人的飞行任务。
11.根据权利要求9所述的无人靶机地面站系统，其特征在于，所述飞前检测模块检测内容包括：无人机状态检测、无人机电气系统检测、ECU检测、发动机检测、舵机检测、飞控参数检测和飞行航线航路点检测。
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