CN109360399B - 无人运动平台的综合遥测遥控装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对无人运动平台载荷设备进行遥测遥控的装置，本装置包括移动站和地面遥控站两部分，其中，移动站置于无人运动平台上，与载荷设备进行连接，遥控站位于陆地。无人运动平台的控制人员可在地面上通过本装置对空中或海上的无人运动平台进行遥测遥控。本装置通过在移动站与地面站之间，建立用于传输遥测和遥控信息的无线通信链路，以实现对无人运动平台载荷设备的遥测遥控。

Description

无人运动平台的综合遥测遥控装置和方法

技术领域

本发明涉及一种遥测遥控装置和方法，尤其涉及一种用于无人运动平台载荷设备的综合遥测遥控装置和方法。

背景技术

无人运动平台，如无人艇、无人飞机和无人车等，可有效克服有人运动载体的缺陷，具有保障安全、高效节能和降低成本等优点。无人运动平台上搭载各类传感器、测量及探测设备后，在环境侦察、观测、感知等领域具有广阔的应用前景。为使无人运动平台更好地实现环境探测及安全航行等目标，无人运动平台所搭载的各类传感器设备所获取的信息，即遥测信息，需要通过无线链路实时地传回地面遥控站，同时，地面遥控站也要能够对无人运动平台本身及各类传感器、测量及探测设备利用无线链路进行实时远程控制，即遥控。由于各类传感器等设备的电气及通信接口、信号及帧格式、码速率等参数是不同的，因此需要提供一种综合遥测遥控装置，使地面遥控站通过该装置能与各类传感器实时地进行无线遥测遥控。无人运动平台上的各类传感器、测量及探测设备，这里统称为无人运动平台载荷设备。

发明内容

本发明提供了一种对无人运动平台载荷设备进行遥测遥控的装置，以下简称本装置。本装置包括移动站和地面遥控站(简称遥控站或地面站)两部分，其中，移动站置于无人运动平台上，与载荷设备进行连接，遥控站一般位于陆地。移动站又称移动端，遥控站又称遥控端。无人运动平台的控制人员可在地面上通过本装置对空中或海上的无人运动平台载荷设备进行遥测遥控。本装置通过在移动站与地面站之间，建立用于传输遥测和遥控信息的无线通信链路，以实现对无人运动平台载荷设备的遥测遥控，其中，遥测信息包括无人运动平台载荷设备所采集的测量信息和其自身的设备运行状态信息，遥控信息是指地面站对无人运动平台载荷设备的控制指令。本发明中提及的网口信号、IP信号、网络信号等，均指符合以太网电气标准的信号。

无人平台载荷设备的对外通信接口包括串口和网口两类，根据对外接口的区别，将这两类无人平台载荷设备分别简称为串口设备和网口设备。虚拟串口服务器可实现串口信号和网口信号的相互转换。网口设备通过网络交换机与接口及协议管控单元相连，串口设备通过串口服务器接到网络交换机上，再与接口及协议管控单元相连，接口及协议管控单元为各个串口或网口设备分配相应的唯一IP地址，各设备所发送或接收的遥测或遥控信息，在移动端或遥控端均通过各自唯一的IP地址信息进行区分。无人运动平台上所有载荷设备的遥测信息，经过遥测采编器打包、采编为统一的遥测数据帧格式，经过微波或卫星无线链路与地面遥控站进行信息交互；对应地，地面遥控端接收到统一格式的遥测数据后，各个载荷设备对应的遥控终端，根据各载荷设备IP地址的不同，挑选出其对应设备的遥测信息进行接收。

各遥控终端发出的对相应载荷设备的遥控指令中，均含有对该设备的唯一IP地址信息作为标识，再经过地面站遥控分系统转变为统一的遥控数据帧格式，通过微波或卫星无线链路与移动站进行信息交互；对应地，移动站收到统一格式的遥控数据后，接口及协议管控单元根据各条遥控指令的IP地址信息，将遥控指令发送给对应的串口或网口载荷设备，同时，各类载荷设备根据其事先所分配的IP地址，获取各自的遥控控制指令。

本装置移动站包括虚拟串口服务器、网络交换机、接口及协议管控单元、遥测分系统、遥控分系统，其中，虚拟串口服务器用于实现网口信号和串口信号的相互转换；接口及协议管控单元为各个串口或网口设备分配相应的唯一IP地址，并在各遥测信息中写入其对应的IP地址信息，各设备对应的遥测或遥控信息通过各自唯一的IP地址信息进行区分；移动站遥测分系统对各载荷设备的遥测信息进行打包、采编，转换为统一的遥测数据帧格式，再经过调制、上变频、功率放大后，通过天线发射出去；移动站遥控分系统用于对遥控站发送的遥控信号进行接收，再进行低噪声放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包，获取对各载荷设备的遥控指令，并发送给接口及协议管控单元。移动站遥测分系统包括遥测采编器、遥测调制模块、上变频器、功率放大器和遥测天线；移动站遥控分系统包括遥控接收解调模块、低通滤波器、下变频器和遥控天线，其中遥控天线集成了低噪声放大器(LNA)。

本装置移动站还可包括加电控制单元，该单元实现对移动站其他单元的加电控制。加电控制单元可通过对外通信网口，连接到网络交换机上，也可作为一个载荷设备对其进行遥测遥控，其上传的遥测信息为本装置移动站的加电状态，其接收的遥控信息为来自遥控端的加电控制指令。加电控制单元分为待机和加电两种工作模式，当处于待机模式时，本装置移动站不发射遥测信号，只是被动接收遥控信号；当处于加电模式时，本装置移动站可主动发射遥测信号；这两种模式的切换可通过接收遥控站的加电控制指令来完成，当移动站接通电源后，加电控制单元即默认处于待机模式，当移动站接收到遥控站的加电控制指令后，切换为加电模式。

根据无人运动平台载荷设备对外通信接口的不同，可将其分为串口载荷设备和网口载荷设备两种。本装置移动站各部分的连接关系如下：串口载荷设备的外部串口与移动站串口服务器的串口相连，串口服务器的网口与网络交换机下行链路网络端口相连，网口载荷设备的外部网口与网络交换机下行链路网络端口相连；网络交换机的上行链路网络端口与接口及协议管控单元相连，接口及协议管控单元的另一端与遥测采编器和遥控接收解调模块分别相连。移动站遥测分系统中的遥测采编器、遥测调制模块、上变频器、功率放大器和遥测天线依次连接，移动站遥控分系统中的遥控接收解调模块、低通滤波器、下变频器和遥控天线依次连接。移动站结构图如图1所示。

在本装置移动站中，接口及协议管控单元为每个串口或网口设备都分配唯一的IP地址，串口服务器一方面负责将串口设备发出的串口遥测信号转变为IP信号，另一方面也负责根据串口设备的IP地址，将发送给串口设备的IP格式遥控信号筛选出来，并将其转换为串口格式遥控信号，再发送给相应的串口设备。

在本装置移动端，网口载荷设备发出的遥测信号，经过网络交换机后，进入接口及协议管控单元，各网口设备遥测信号在该单元中分别被分配唯一的IP地址后，再进入遥测采编器；串口设备发出的遥测信号，经过串口服务器转变为网口信号，再经过网络交换机后进入接口及协议管控单元，各串口设备遥测信号也在该单元中分别被分配唯一的IP地址后，再进入遥测采编器。移动站遥测分系统中的遥测采编器负责将各载荷设备的遥测数据进行打包、采编处理，转换为统一数据帧格式，遥测调制模块负责将遥测采编器生成的统一格式数据，进行数字调制和脉冲成型，形成基带遥测信号，上变频器负责对基带遥测信号进行上变频，将其频谱搬移到待发射的频率上，生成待发射的调制信号，该信号在功率放大器中进行功率放大后，经由遥测天线发射到自由空间中，再由地面遥控站接收该信号。

移动站遥控分系统中，遥控天线负责接收来自地面站的遥控信号，其接收信号经过低噪声放大器放大后，在下变频器中对接收信号频谱向下搬移到基带，再通过低通滤波器滤去高频分量，得到基带信号，在遥控接收解调模块中，再对基带信号进行同步、解调、检测、解采编、解包等，获取遥控指令，发送给接口及协议管控单元。如果遥控信号采用了扩频体制，在遥控接收解调模块中，对信号解调前还需要进行解扩处理。接口及协议管控单元收到遥控指令后，根据各条遥控指令中包含的IP地址信息，将遥控指令发送到网络交换机上，再由网络交换机将各遥控指令发送给对应的串口或网口载荷设备，同时，网口载荷设备根据其IP地址信息，直接通过网络交换机获取自己的遥控指令，串口服务器负责根据串口设备的IP地址，从经过网络交换机的所有遥控指令中，将发送给相应串口设备的遥控指令筛选出来，同时将IP信号转变为串口信号，并发送给相应的串口设备。综上所述，各类载荷设备可以根据其事先设定的IP地址，获取各自的遥控控制指令。

本装置的地面遥控站包括虚拟串口服务器、网络交换机、遥测分系统、遥控分系统。更进一步地，本装置还可包括遥控终端计算机，简称遥控终端。遥控终端对外通信接口也有网口和串口两种，对应的分别是串口遥控信号和网口遥控信号。虚拟串口服务器负责完成遥控终端发送或接收的串口格式信号与IP信号的相互转换，网络交换机为每个与之直接相连的网口遥控终端或通过虚拟串口服务器与之相连的串口遥控终端均分配唯一的IP地址。遥控站遥测分系统包括遥测天线、下变频器、低通滤波器、宽带接收处理模块，上述四部分依次连接，其中遥测天线中含有LNA；遥控站遥测分系统用于对移动站发送的遥测信号进行天线接收、低噪声放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包，得到遥测信息，再发送给网络交换机。各个遥控终端计算机通过网络交换机或虚拟串口服务器接收遥测信息，根据遥测信息中的载荷设备IP地址信息，来获取各自对应载荷设备的遥测信息。遥控站遥控分系统包括遥控数据预处理模块、上变频器、功率放大器和遥控天线，上述四部分依次连接；地面站遥控分系统负责将各遥控终端发出的遥控指令进行打包、采编、调制处理，转换为统一遥控数据帧格式，再进行上变频、功率放大，最后通过遥控天线发送给移动站。

遥控终端计算机发送给相应载荷设备的遥控指令中，均含有该载荷设备的IP地址，从而确保各载荷设备能正确地收到自己的指令；当遥控终端通过串口方式(简称该类遥控终端为串口遥控终端)，经由虚拟串口服务器与网络交换机相连时，虚拟串口服务器将遥控终端发送或接收的串口格式信号转换为IP信号，同时网络交换机也为每个接到虚拟串口服务器的串口遥控终端均分配唯一的IP地址，相应地，串口遥控终端发出的遥控指令，经过网络交换机后，均含有其唯一的IP地址信息；遥控终端也可通过网口直接与网络交换机相连，此时网络交换机也为每个网口遥控终端分配唯一的IP地址。各遥控终端发出的遥控指令，通过网络交换机，发送给地面站遥控分系统。地面站遥控分系统负责将各遥控终端发出的遥控指令进行打包、采编、调制处理，转换为统一遥控数据帧格式，再进行上变频、功率放大，最后通过遥控天线发送给移动站。

本装置地面遥控站可包含遥控终端，也可外接遥控终端，不论采用何种方式，其各部分的连接关系是相同的。本装置地面遥控站各部分连接关系如下：各个遥控终端计算机都连接到网络交换机上，分为IP连接和串口连接两种方式，其中串口连接是指遥控计算机的串口与虚拟串口服务器连接，虚拟串口服务器再通过网口与网络交换机的下行链路网络端口相连接，IP连接是指遥控计算机通过网口直接与网络交换机的下行链路网络端口相连；网络交换机的上行链路网络端口分别与地面站遥测分系统中的宽带接收处理模块和地面站遥控分系统中的遥控数据预处理模块相连。遥控站遥测分系统中的遥测天线、下变频器、低通滤波器、宽带接收处理模块依次连接，遥控站遥控分系统中的遥控数据预处理模块、上变频器、功率放大器和遥控天线依次连接。地面遥控站结构图如图2所示。

特别地，如果无人运动平台上的载荷设备要求遥控站必须采用串口方式进行遥控时，地面遥控站则必须包括虚拟串口服务器，虚拟串口服务器置于串口遥控终端与网络交换机之间，此时各个串口遥控终端先与虚拟串口服务器相连，虚拟串口服务器再与网络交换机相连。虚拟串口服务器用于将各遥控终端的串口遥控信号转变为网口信号，并为各串口遥控终端分配唯一的IP地址。

在遥控终端计算机上对无人平台移动站上各类载荷设备的遥测信息进行接收监测，同时还对载荷设备进行遥控，一个终端计算机可以控制一台载荷设备，也可控制多台载荷设备。遥控终端计算机发送给相应载荷设备的遥控指令中，均含有被遥控载荷设备的IP地址，从而确保各载荷设备能正确地收到自己的指令。

各遥控终端发出的遥控指令，通过网络交换机，发送给遥控数据预处理模块。遥控数据预处理模块负责将各遥控终端发出的遥控指令进行打包、采编、调制处理，转换为统一遥控数据帧格式。如果遥控信道采用扩频处理时，遥控数据预处理模块对调制后的数据还需要进行扩频处理。遥控数据预处理模块的输出数据，在上变频器中进行频谱搬移，再进入功率放大器进行功率放大，最后通过遥控天线辐射出去，发送给移动站。

对于移动站发出的遥测信号，地面站遥测分系统中的遥测天线负责接收，其接收信号经过低噪声放大器放大后，进入下变频器，将其信号频谱搬移到基带，下变频器的输出信号再进入低通滤波器进行低通滤波，低通滤波后的信号再进入宽带接收处理模块，实现信号的同步、解调、检测、解采编、解包等，获取遥测信息，发送到网络交换机上。当遥控终端计算机采用网口方式进行遥测遥控时，其通过网络交换机接收遥测信息，并根据遥测信息中的IP地址信息，来获取各自对应载荷设备的遥测信息；当遥控终端计算机采用串口进行遥测遥控时，虚拟串口服务器根据各串口终端所遥控设备的IP地址，从网络交换机中挑选出相应的遥测信息，再将其转变为串口信号，发送给相应的串口遥控终端。

本装置在地面站和移动站之间所建立的无线通信链路，其采用的通信调制体制，对于遥测链路，可采用OFDM、FSK或QAM；对于遥控链路，可采用扩频和BPSK。当遥控链路采用扩频遥控方式时，对发送遥控指令的扩频处理，在地面站遥控分系统中的遥控数据预处理模块中完成；对接收遥控指令的解扩处理，在移动站遥控分系统的遥控接收解调模块中完成。

在对移动站的载荷设备遥控过程中，每个载荷设备接口的优先级不一样。根据具体情况，系统将优先级分别分为三种：“高”、“中”和“低”；高优先级的接口将具备优先处理的权利，以保证不同的载荷设备在任务中的实时性处理需求。

无人运动平台上的载荷设备和地面上的遥控终端，无论对外通信接口是串口还是网口，都可利用该发明装置构建的无线信道进行双向通信，即遥测遥控，其中移动站向遥控站的信息传输链路称为遥测信道，遥控站向移动站的信息传输链路称为遥控信道，二者可以同时进行信息传输，即实现双工通信。对于载荷设备和遥控终端来说，本发明装置构建的遥测遥控信道是透明的，两类设备只需接入该装置，并配置好IP地址等信息，即可实现双工通信。特别地，载荷设备还可包括IP电话，无人运动平台上IP电话的语音IP接口连接到本装置的移动站上，对应的遥控端IP电话的语音IP接口连接到本装置的遥控站上，两部IP电话通过本装置的遥测遥控信道，建立双向语音通信。具体来说，利用本装置进行双向语音通信时，移动端IP电话的语音数据向遥控端传输时，利用遥测信道来实现，遥控端IP电话的语音数据向移动端传输时，利用遥控信道来实现。综上所述，在双方遥测遥控工作状态下，本发明装置的移动站和地面遥控站共同构成一条无线数据双向通道，等效于在多个遥控终端与载荷设备之间存在一个无线方式的双工通信矩阵，具体如图3所示。

本发明还包括一种利用本装置来对无人运动平台载荷设备进行遥测的方法，基本步骤是：

①将本装置移动站安装在无人运动平台上，网口载荷设备与本装置移动站的网络交换机相连，串口载荷设备与本装置移动站的串口服务器相连；

②在本装置移动站的接口及协议管控单元中，为各载荷设备设置唯一的IP地址；

③各载荷设备发出的遥测信息，经过接口及协议管控单元后，在本装置的遥测分系统中进行打包、采编、调制、脉冲成型、上变频和功率放大后，在天线中辐射出去；

④本装置地面遥控站收到移动站发出的遥测信号后，在其遥测分系统中进行功率放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包等，获取遥测信息，发送到其网络交换机上；

⑤各个遥控终端计算机通过网络交换机接收遥测信息，根据遥测信息中的IP地址信息，来获取各自对应载荷设备的遥测信息。

本发明还包括一种利用本装置来对无人运动平台载荷设备进行遥控的方法，基本步骤是：

①将本装置移动站安装在无人运动平台上，网口载荷设备与本装置移动站的网络交换机相连，串口载荷设备与本装置移动站的串口服务器相连；

②在本装置移动站的接口及协议管控单元中，为各载荷设备设置唯一的IP地址；

③在各遥控终端上输入对相应载荷设备的遥控指令，遥控终端将遥控指令输出到网络交换机上，在网络交换机中为各遥控指令添加上被控载荷设备的IP地址信息，再经过打包、采编、调制、脉冲成型、上变频和功率放大后，在天线中辐射出去；

④本装置移动站收到地面遥控站发出的遥控信号后，在其遥控分系统中进行功率放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包等，获取遥控信息，发送给接口及协议管控单元；

⑤接口及协议管控单元根据各条遥控指令的IP地址信息，将遥控指令发送给对应的串口或网口载荷设备，同时，各类载荷设备根据其事先设定的IP地址，获取各自的遥控控制指令。

有益效果

本发明装置及方法的有益效果主要体现在以下两个方面：

□有效减少了无人运动平台的体积及重量。对于无人运动平台而言，体积和重量是制约其机动性能和续航能力的重要因素，因此也是系统设计时需要考虑的一个重要方面。本发明装置可有效减少各载荷的通信模块和信号格式转换模块等，进一步减少了系统的功耗，大大减少了系统的体积和重量。

②提高了无人运动平台任务载荷系统的电磁兼容能力。对于无人运动平台而言，要实现更完备的功能，就需要增加更多的任务载荷。一方面，大部分任务载荷都需要利用电磁波实现其具体功能，另一方面，各任务载荷的测量数据也都需要利用电磁波实时地连续传输回地面控制站，这就需要占用大量的频谱资源。在无人运动平台周边及其有限的自由空间中，各类载荷所使用的电磁信号极其容易产生相互干扰，而本发明将各载荷设备的遥测遥控信号采用统一的无线链路进行通信，高效地利用了频谱资源，提高了系统的电磁兼容能力。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本装置作进一步地详细说明，但不构成对本装置的限制。

图1是本装置移动站组成结构图；

图2是本装置地面遥控站组成结构图；

图3是移动站和遥控站之间无线通信等效工作模式图；

图4是系统地面站和移动站之间无线通信等效原理图；

下面结合本发明的具体实施例对本装置和方法作进一步说明。

具体实施方式

实施例1：地面站对载荷设备的遥控遥测过程

本实施例对遥控终端通过串口方式，遥控串口载荷设备的过程进行说明。

下面以地面遥控站1号遥控终端(以下简称遥控终端1)遥控6号载荷设备，4号遥控终端(以下简称遥控终端4)遥控2号载荷设备为例，介绍地面遥控站和移动站之间的遥测遥控过程。这里的6号和2号是以该载荷设备分别接入移动站的6号和2号口进行命名的。为简化描述过程，将6号载荷设备称为A系统，将2号载荷设备称为B系统。

在进行遥测遥控前，移动站与载荷设备进行连接，B系统连接移动站的串口2；A系统连接移动站的串口6。

启动遥控终端1的A系统遥控软件，控制端口选择串口A6(根据特定软件功能设计，遥控软件的控制串口可映射为计算机上任意COM口，比如COM1或COM2)，启动遥控终端4的B系统遥控软件，控制端口选择串口A2，同时这两个串口也分别与虚拟串口服务器上的串口A2和A6相连接，即所选择的控制串口与虚拟串口服务器上的串口是一一对应的，此后串口A2和A6将无法被其它遥控终端的载荷设备控制软件所占用。

在遥控终端1上使用A系统遥控软件，发出遥控指令，控制指令通过虚拟串口A6发出，经虚拟串口服务器映射为虚拟串口B6，遥控分系统接收到来自虚拟串口B6的数据，按照设置的任务参数进行编帧、打包、调制、变频后，经功放、天线进行无线发射。移动站接收到来自地面遥控站的遥控信号，经过下变频、解调、挑路后，按任务设置分离至对应串口6输出，A系统接收来自移动站串口6的遥控指令并执行后，将测量信息、控制回令及状态信息等遥测数据返回移动站的串口6。

移动站遥测分系统获取来自串口6的回令、状态等遥测数据后，和来自其他设备串口数据一起进行采编、组帧、打包后调制输出，经上变频和功放由遥测天线进行无线发射。地面遥控站接收到移动站发送的下行遥测信号，经下变频、解调、挑路后，按任务设置输出至遥测终端的虚拟串口B6，虚拟串口服务器将B6口映射为遥控终端1的虚拟串口A6，从而实现了将A回送的遥测数据返给对应遥控软件，完成了整个控制、回令、状态读取的操作过程。遥控终端4的遥测遥控过程类似，与上述过程同时进行。

当遥控终端通过网口方式控制串口设备时，其网络接口数据的处理流程与上述串口过程类似，区别在于中间过程不需要虚拟串口服务器，网口数据直接进入网络交换机后进行分发、汇总处理。

为保证系统使用的灵活性，采用了虚拟串口服务器技术，保证所有遥控站的遥控终端上都可运行任意载荷任务设备的遥控软件，即通过地面遥控站和移动站，所有载荷设备的数据接口都映射到了遥控站的遥控终端上，增加了使用的灵活性和便利性。网络接口设备则直接通过网络交换机实现端口映射，进行上下行数据的交互。

实施例2：用于无人艇平台的综合遥测遥控装置

无人艇为半自主式无人艇，分为平台系统和任务载荷系统，任务载荷系统主要由各载荷设备组成，载荷设备具体包括摄像头、毫米波雷达、气象仪、避碰声呐、定位及航向姿态测量系统。

摄像头使用180°全景高清摄像头，能正面监视无人艇正面180°的视频影像，该影像通过本发明装置提供的遥测信道传回到地面站，为无人艇远程操控提供视频场景支撑。毫米波雷达负责对近距离的目标进行探测，探测距离为0～100m，其将目标的位置信息通过该装置的遥测信道发送给地面站。避碰声呐探测无人艇前方水下一定距离的目标与障碍物情况，为无人艇避让水下与水面附近目标障碍物提供数据，该装置将所探测的水下目标位置信息通过本发明装置提供的遥测信道传回到地面站，为无人艇避让水下与水面附近目标障碍物提供数据。气象仪用于测量无人艇周边的风速、风向、温度、湿度等气象数据，其测量数据通过本发明装置提供的遥测信道传回到地面站。定位及航向姿态测量系统通过卫星定位装置(如GPS)获取无人艇自身的位置信息，在此基础上，通过多个卫星定位装置获得无人艇航向信息，利用陀螺仪获取无人艇姿态，最后定位及航向姿态测量系统利用本发明装置提供的遥测信道将无人艇位置及航向姿态信息传回到地面站。

在几种载荷设备中，气象仪和定位及航向姿态测量系统的对外通信接口为RS-232标准串口，且要求遥控设备只能通过RS-232标准串口进行遥控，其他载荷设备的输出为以太网接口，且遥控设备可通过以太网接口进行控制。

该综合遥测遥控装置的移动站用于将摄像头、毫米波雷达、气象仪、避碰声呐、定位及航向姿态测量系统的测量数据，通过遥测信道传回到地面站，同时也负责接收地面遥控站的遥控指令并分发给各设备。该装置移动端置于无人艇平台上，其遥测和遥控天线均置于无人艇的最高处，对外输出接口为3路以太网口和2路RS-232标准串口，其中3路以太网口分别与摄像头、毫米波雷达、避碰声呐的以太网输出口相连，2路RS-232标准串口分别与定位及航向姿态测量系统和气象仪的数据输出串口相连。用于无人艇平台的综合遥测遥控装置遥控端置于岸边高地上，其遥测及遥控天线均需要与本装置移动端的遥测及遥控天线保持通视，移动端与遥控端通过微波信道进行通信。遥控终端置于遥控端外部，即遥控端不包括遥控终端。遥控端与遥控终端的通信接口包括4路RS-232标准串口和4路网口。对于作为遥控终端的计算机而言，其各类对外通信接口的数目均应满足各载荷设备对接口的要求。例如，本实施例中，遥控终端至少应包含2路RS-232标准串口和3路以太网口。本实施例用3台计算机作为遥控终端，这里称这3台计算机分别为A、B、C，其中A计算机的一个串口和网口与遥控端相连，用于对气象仪和摄像头的遥测遥控；B计算机的一个串口和网口与遥控端相连，用于对定位及航向姿态测量系统和毫米波雷达的遥测遥控；C计算机的一个网口与遥控端相连，用于对避碰声呐的遥测遥控。

本装置移动端的虚拟串口服务器采用MOXA的NPORT 5600串口设备联网服务器，网络交换机采用千兆网交换机，本装置的遥测链路采用OFDM调制方式，遥控链路采用扩频BPSK调制方式。

Claims (7)

1.一种用于无人运动平台的综合遥测遥控装置，本装置包括移动站和地面遥控站两部分，其中，移动站置于无人运动平台上，与载荷设备进行连接，遥控站位于陆地；本装置通过在移动站与地面站之间，建立用于传输遥测和遥控信息的无线通信链路，以实现对无人运动平台载荷设备的遥测遥控，其特征在于：

本装置移动站包括虚拟串口服务器、网络交换机、接口及协议管控单元、遥测分系统、遥控分系统，其中，虚拟串口服务器用于实现网口信号和串口信号的相互转换；接口及协议管控单元为各个串口或网口设备分配相应的唯一IP地址，并在各设备遥测信息中写入其对应的IP地址，各设备对应的遥测或遥控信息通过各自唯一的IP地址信息进行区分；移动站遥测分系统对各载荷设备的遥测信息进行打包、采编，转换为统一的遥测数据帧格式，再经过调制、上变频、功率放大后，通过天线发射出去；移动站遥控分系统用于对遥控站发送的遥控信号进行接收，再进行低噪声放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包，获取对各载荷设备的遥控指令，并发送给接口及协议管控单元；移动站遥测分系统包括遥测采编器、遥测调制模块、上变频器、功率放大器和遥测天线；移动站遥控分系统包括遥控接收解调模块、低通滤波器、下变频器和遥控天线，其中遥控天线集成了低噪声放大器；

本装置移动站各部分的连接关系如下：串口载荷设备的外部串口与串口服务器的串口相连，串口服务器的网口与网络交换机下行链路网络端口相连，网口载荷设备的外部网口与网络交换机下行链路网络端口相连；网络交换机的上行链路网络端口与接口及协议管控单元相连；接口及协议管控单元的另一端与遥测采编器和遥控接收解调模块分别相连；移动站遥测分系统中的遥测采编器、遥测调制模块、上变频器、功率放大器和遥测天线依次连接，移动站遥控分系统中的遥控接收解调模块、低通滤波器、下变频器和遥控天线依次连接；

本装置地面遥控站包括虚拟串口服务器、网络交换机、遥测分系统、遥控分系统；虚拟串口服务器负责完成遥控终端发送或接收的串口格式信号与IP格式信号的相互转换，网络交换机为每个与之直接相连的网口遥控终端或通过虚拟串口服务器与之相连的串口遥控终端均分配唯一的IP地址；遥控站遥测分系统包括遥测天线、下变频器、低通滤波器、宽带接收处理模块，上述四部分依次连接，其中遥测天线中含有低噪声放大器；遥控站遥测分系统用于对移动站发送的遥测信号进行接收、低噪声放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包，得到遥测信息，再发送给网络交换机；各个遥控终端计算机通过网络交换机或虚拟串口服务器接收遥测信息，根据遥测信息中的载荷设备IP地址信息，来获取各自对应载荷设备的遥测信息；遥控站遥控分系统包括遥控数据预处理模块、上变频器、功率放大器和遥控天线，上述四部分依次连接；地面站遥控分系统负责将各遥控终端发出的遥控指令进行打包、采编、调制处理，转换为统一遥控数据帧格式，再进行上变频、功率放大，最后通过遥控天线发送给移动站；

本装置地面遥控站各部分连接关系如下：各个遥控终端计算机都连接到网络交换机上，分为IP连接和串口连接两种方式，其中串口连接是指遥控计算机的串口与虚拟串口服务器连接，虚拟串口服务器再通过网口与网络交换机的下行链路网络端口相连接，IP连接是指遥控计算机通过网口直接与网络交换机的下行链路网络端口相连；网络交换机的上行链路网络端口分别与地面站遥测分系统中的宽带接收处理模块和地面站遥控分系统中的遥控数据预处理模块相连；遥控站遥测分系统中的遥测天线、下变频器、低通滤波器、宽带接收处理模块依次连接，遥控站遥控分系统中的遥控数据预处理模块、上变频器、功率放大器和遥控天线依次连接。

2.如权利要求1所述的用于无人运动平台的综合遥测遥控装置，其特征在于：本装置移动站还可包括加电控制单元，加电控制单元通过对外通信网口，连接到网络交换机上；加电控制单元分为待机和加电两种工作模式，当处于待机模式时，本装置移动站不发射遥测信号，只是被动接收遥控信号；当处于加电模式时，本装置移动站可主动发射遥测信号；这两种模式的切换可通过接收遥控站的加电控制指令来完成，当移动站接通电源后，加电控制单元即默认处于待机模式，当移动站接收到遥控站的加电控制指令后，切换为加电模式。

3.如权利要求1所述的用于无人运动平台的综合遥测遥控装置，其特征在于：所述的本装置移动站的串口服务器，其一方面负责将串口设备发出的串口遥测信号转变为IP信号，另一方面也负责根据串口设备的IP地址，将发送给串口设备的IP格式的遥控信号筛选出来，并将其转换为串口格式遥控信号，再发送给相应的串口设备。

4.如权利要求1所述的用于无人运动平台的综合遥测遥控装置，其特征在于：本装置在地面站和移动站之间所建立的无线通信链路，其采用的通信调制体制，对于遥测链路，可采用OFDM、FSK或QAM；对于遥控链路，可采用扩频和BPSK。

5.如权利要求4所述的用于无人运动平台的综合遥测遥控装置，其特征在于：当遥控链路采用扩频遥控方式时，对发送遥控指令的扩频处理，在地面站遥控分系统中的遥控数据预处理模块中完成；对接收遥控指令的解扩处理，在移动站遥控分系统的遥控接收解调模块中完成。

6.一种利用权利要求1所述的装置来对无人运动平台载荷设备进行遥测的方法，基本步骤是：

将本装置移动站安装在无人运动平台上，网口载荷设备与本装置移动站的网络交换机相连，串口载荷设备与本装置移动站的串口服务器相连；

在本装置移动站的接口及协议管控单元中，为各载荷设备设置唯一的IP地址；

各载荷设备发出的遥测信息，经过接口及协议管控单元后，在本装置的遥测分系统中进行打包、采编、调制、脉冲成型、上变频和功率放大后，在天线中辐射出去；

本装置地面遥控站收到移动站发出的遥测信号后，在其遥测分系统中进行功率放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包等，获取遥测信息，发送到其网络交换机上；

各个遥控终端计算机通过网络交换机接收遥测信息，根据遥测信息中的IP地址信息，来获取各自对应载荷设备的遥测信息。

7.一种利用权利要求1所述的装置来对无人运动平台载荷设备进行遥控的方法，基本步骤是：

将本装置移动站安装在无人运动平台上，网口载荷设备与本装置移动站的网络交换机相连，串口载荷设备与本装置移动站的串口服务器相连；

在本装置移动站的接口及协议管控单元中，为各载荷设备设置唯一的IP地址；

在各遥控终端上输入对相应载荷设备的遥控指令，遥控指令经过遥控终端后输出到网络交换机上，在网络交换机中为各遥控指令添加对应载荷设备的IP地址信息，再经过打包、采编、调制、脉冲成型、上变频和功率放大后，在天线中辐射出去；

本装置移动站收到地面遥控站发出的遥控信号后，在其遥控分系统中进行功率放大、下变频、低通滤波、同步、解调、检测、解采编、解包等，获取遥测信息，发送给接口及协议管控单元；

接口及协议管控单元对该数据根据各条遥控指令的IP地址信息，将遥控指令发送给对应的串口或网口载荷设备，同时，各类载荷设备根据其事先设定的IP地址，获取各自的遥控控制指令。

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