CN109841092A - 一种无人机地面指挥控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机地面指挥控制系统，包括计算机、显示器、网络交换机、飞行操纵台、任务操纵台、链路设备、车通设备、送受话器、语音调度设备、短波电台、车载电台等主要设备。计算机与显示器相连，按照需要可以连接一台显示器或两台显示器，所有计算机及链路设备与网络交换机相连，飞行操纵台和任务操纵台与计算机相连，各送受话器通过车通设备连接至语音调度设备，短波电台、车载电台及链路设备均连接至语音调度设备。飞行操纵台用于飞行控制指令发送，任务操纵台用于任务控制指令发送，链路设备用于实现无人机上行数据发送及无人机下行数据接收。

Description

一种无人机地面指挥控制系统

技术领域

本发明涉及无人机指挥控制领域，更具体地说，是指一种集无人机飞行监控、任务监控、情报处理及指挥通信于一体的地面指挥控制系统。

背景技术

地面指挥控制系统是无人机系统中的重要组成部分，是无人机系统执行任务的控制中心，也是各种指挥和通信的重要节点。常见的无人机地面指挥控制系统主要分为三种形式：固定式指挥控制所、车载式指挥控制方舱及便携式地面控制设备。其中固定式指挥控制所主要用于无人机集群控制，为空域安全及监管提供保障，不易随无人机系统进行机动；便携式地面控制设备一般只能针对无人机进行简单的飞行及任务操纵，提供基本的控制接口和规划接口，其情报处理与指挥通信功能比较薄弱。本发明所述地面指挥控制系统主要针对形式为车载式指挥控制方舱。

车载式指挥控制方舱采用车辆作为承载平台，包含飞行监控、任务监控、链路监控、情报处理及指挥控制等多种功能，可随无人机系统机动，目前有一种实现方式为飞行监控设备及任务监控设备安装于指挥控制方舱车中，地面链路设备安装于链路控制方舱车中，情报处理设备安装于情报处理方舱车中，三个方舱车之间利用有线电缆连接进行数据交换，从而实现无人机地面指挥控制系统。该实现方法导致系统规模变得很庞大，不利于系统机动，且将无人机飞行及任务操纵人员与指挥人员进行了物理空间隔离，容易造成决策滞后及信息交换过程复杂。

将各种设备集合在一个方舱中虽然保证了机动性，但容易导致设备接口多样，协议复杂，不易实现功能备份或扩展，传统的无人机车载地面指挥方舱的指挥通信手段也比较复杂，通信设备包括手持电台、车载电台、短波电台等多种通信设备，对于不同的通信对象，指挥人员需要利用分布于舱内的不同设备进行通信，没有语音调度功能，且不具备利用无人机控制链路实现对空有人机的话音双向通信接口。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无人机地面指挥控制系统，对无人机的飞行监控、任务监控、情报处理等功能采用模块化设计，在单个控制舱中按功能需求进行布置，实现多种通信手段的调度分配，并利用测控链路实现对空话音双向传输。

技术方案

一种无人机地面指挥控制系统，其特征在于包括飞行监控计算机、任务监控计算机、情报处理计算机、多台显示器、网络交换机、飞行操纵台、任务操纵台、链路设备、车通设备、送受话器、语音调度设备、短波电台和车载电台；每台计算机均与显示器相连，按照需要可以连接一台显示器或两台显示器，飞行操纵台与飞行监控计算机相连，任务操纵台与任务监控计算机相连；飞行操纵台用于飞行控制指令发送，任务操纵台用于任务控制指令发送，链路设备用于实现无人机上行数据发送及无人机下行数据接收，送受话器完成语音的采集和播放功能，车通设备完成模拟语音数字化及数字语音模拟化功能，短波电台用于无人机指挥人员与上级的语音半双工通信，车载电台用于无人机指挥人员与站外手持电台的语音半双工通信；各送受话器通过车通设备连接至语音调度设备，短波电台、车载电台及链路设备均连接至语音调度设备，语音调度设备接收车通设备、短波电台、车载电台、链路设备及计算机发送的语音信息，并根据无人机指挥员意图将语音分配至对应设备进行输出或传递；链路设备、全部计算机及语音调度设备均连接至网络交换机，组成局域网。

一种无人机地面指挥控制系统实现的飞行监控方法，其特征在于：链路设备将无人机遥测数据、伺服状态数据和链路状态数据发送至局域网，飞行监控计算机从局域网接收无人机遥测数据、伺服状态数据和链路监控数据，并将这些数据进行合并组帧，形成内部复合状态数据包发送至局域网；飞行监控计算机从局域网接收内部复合状态数据包并对数据进行解析量化，并将解析结果以图形化、数字化显示在与之相连的显示器上，显示的内容包括：无人机的姿态、航向、速度、高度、油量、发动机信息、机载航电设备信息、链路状态、伺服状态、地图背景下的无人机航迹、卫星定位信息、航程点信息；飞行操纵台根据人工操作生成对应的飞行控制指令数据包并通过串口发送至飞行监控计算机，飞行监控计算机根据飞行控制指令数据包的内容，按照无人机遥控帧格式进行组帧并定时通过局域网向链路设备进行发送，由链路设备通过无线方式发送至无人机；飞行监控计算机在进行遥测遥控数据处理的同时，对其进行存储操作，实现数据存储功能，从而实现飞行监控功能。

一种无人机地面指挥控制系统实现的任务监控方法，其特征在于：任务监控计算机从局域网接收飞行监控计算机发送的内部复合状态数据包，对该数据包进行解析量化，并将解析结果以图形化、数字化显示在与之相连的一台显示器上，显示的内容主要包括：可见光工作模式、状态及参数回报，红外工作模式、状态及参数回报，激光工作模式、状态及参数回报、定位数据、地图背景的无人机航迹；任务监控计算机通过接收链路设备发送至局域网的任务视频数据进行图像解析，并将解析后的可见光图像和红外图像显示在与之相连的另外一台显示器上；任务操纵台根据人工操作生成对应的任务控制指令数据包并通过串口发送至任务监控计算机，任务监控计算机将该任务控制指令数据包转化为网络形式的任务控制指令数据包并发送至局域网，飞行监计算机从局域网中接收任务控制指令数据包，按照无人机遥控帧格式进行组帧并定时通过局域网向链路设备进行发送，由链路设备通过无线方式发送至无人机，从而实现任务监控功能。

一种无人机地面指挥控制系统实现的情报处理方法，其特征在于：情报处理计算机接收链路设备发送至局域网的任务数据进行任务图像解析，通过对视频中的目标进行精确定位处理，生成目标位置信息并上报给上级，通过对视频进行图片抓取及标注处理，生成情报专题图并上报给上级，通过对任务数据进行转发进行视频实时上报给上级，对抓取的图像进行几何校正、去雾、增强图像处理并存储，对感兴趣的视频段进行剪辑并存储，从而实现情报处理功能。

有益效果

本发明提出的一种无人机地面指挥控制系统，具有以下3点优点：

1、该系统集飞行监控、任务监控、情报处理及指挥通信多种功能于一体，既满足系统功能需求又提高了系统机动性，并能将情报产品直接呈现给指挥人员进行决策，缩短决策链；

2、该系统功能采用功能模块化、接口统一化及协议开放化设计，系统可根据需要进行功能的自由组合、裁剪或扩展；

3、该系统具备多元异构语音调度功能，实现了语音的集中管理与分配，并借助测控链路传输地空语音，极大延伸语音通信范围。

附图说明

图1设备典型连接关系示意图

图2飞行监控功能典型实现图

图3任务监控功能典型实现图

图4情报处理功能典型实现图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明所采用的技术方案为：一种无人机地面指挥控制系统，所涉系统包括计算机、显示器、网络交换机、飞行操纵台、任务操纵台、链路设备、车通设备、送受话器、语音调度设备、短波电台、车载电台等主要设备。计算机与显示器相连，按照需要可以连接一台显示器或两台显示器，所有计算机及链路设备与网络交换机相连，飞行操纵台和任务操纵台与计算机相连，各送受话器通过车通设备连接至语音调度设备，短波电台、车载电台及链路设备均连接至语音调度设备。飞行操纵台用于飞行控制指令发送，任务操纵台用于任务控制指令发送，链路设备用于实现无人机上行数据发送及无人机下行数据接收。设备典型的连接关系见图1。

该系统的计算机中根据功能需要可安装的控制软件包括：实时处理软件、飞行监控软件、导航监控软件、任务监控软件、图像显示软件、情报处理软件、指挥控制软件。各软件之间通过局域网进行数据交换。

无人机地面指挥控制系统的功能由以上硬件及安装在其中的软件来实现。主要功能包括：

飞行监控功能：主要由链路设备，飞行操纵台及安装于计算机中的实时处理软件、飞行监控软件及导航监控软件组合实现。实时处理软件主要完成功能包括：接收链路设备发送的遥测数据并进行解码，生成遥控数据并发送至链路设备，完成遥控遥测数据的记录与回放；飞行监控软件主要完成功能包括：无人机各飞行参数的数字化、图形化显示，无人机飞行控制指令发送，链路设备状态监控，接收处理飞行操纵台数据并生成对应控制指令；导航监控软件主要完成功能包括：任务规划生成及发送，地图背景下的无人机位置、航迹显示，无人机航迹控制指令发送。该功能的典型实现见图2。

任务监控功能：主要由链路设备，任务操纵台及安装于计算机中的实时处理软件、任务监控软件及图像显示软件组合实现。实时处理软件功能同上；任务监控软件主要完成功能包括：任务设备状态数字化、图形化显示，任务设备控制指令发送，接收处理任务操纵台数据并生成对应控制指令；图像显示软件主要完成功能包括：接收链路设备发送的任务数据并解码显示，对图像中目标进行快速定位。该功能的典型实现见图3。

情报处理功能：主要由链路设备及安装于计算机中的实时处理软件、情报处理软件及指挥控制软件组合实现。实时处理软件功能同上；情报处理软件主要完成功能包括：目标精确定位及上报，情报专题图生成及上报，任务数据实时上报，图像处理及视频剪辑；指挥控制软件主要完成功能包括：指挥报文接收及发送，无人机任务规划及飞行状态数据上报，地图背景下的态势显示。该功能的典型实现见图4。

指挥通信功能：主要由送受话器、车通设备、语音调度设备、短波电台、车载电台、链路设备组合实现。送受话器完成语音的采集和播放功能；车通设备完成模拟语音数字化及数字语音模拟化功能；短波电台用于无人机指挥人员与上级的语音半双工通信；车载电台用于无人机指挥人员与站外手持电台的语音半双工通信；语音调度设备接收车通设备、短波电台、车载电台、链路设备及计算机发送的的语音信息，并根据无人机指挥员意图将语音分配至对应设备进行输出或传递。

如附图1的连接方式，该指挥控制系统包括1台飞行监控计算机，1台任务监控计算机，1台情报处理计算机，每台计算机与2台显示器通过VGA电缆相连，采用扩展屏幕的方式实现双屏显示，每台计算机通过USB接口连接键盘鼠标用于用户输入，飞行监控计算机通过串口连接1台飞行操纵台，任务监控计算机通过串口连接1台任务操纵台；通信及调度设备包括1台车载电台、1台短波电台、3台送受话器、3台车通盒、1台语音调度设备及1套链路设备，送受话器通过模拟语音接口与车通盒相连，车载电台及短波电台均有一路模拟语音接口连接至语音调度设备，所有车通盒及链路设备均有一路数字语音接口连接至语音调度设备，链路设备、全部计算机、语音调度设备及上级情报车均通过网线连接至1台网络交换机，组成局域网。

飞行监控计算机安装实时前端软件、飞行监控软件及导航监控软件。如附图2所示实现方式，链路设备将无人机遥测数据和链路监控数据发送至局域网，实时前端软件通过局域网接收遥测数据和链路监控数据，将这些数据进行解析量化，并重新组织为解析后的内部状态数据包发送至局域网，飞行监控软件和导航监控软件通过接收实时前端软件发送的内部状态数据包，将解析过的遥测数据及链路监控数据进行图形化、数字化显示，飞行监控软件显示的内容主要包括：无人机的姿态、航向、速度、高度、油量、发动机信息、机载航电设备信息、链路状态、天线伺服状态等参数；导航监控软件显示的内容主要包括：地图背景下的无人机航迹、卫星定位信息、航程点信息等参数。人工操作可通过飞行操纵台或软件界面进行指令发送，飞行监控软件及导航监控软件接收到人工操作后生成对应的内部控制指令数据包，并发送至局域网，实时前端软件接收内部控制指令数据包后，按照遥控帧格式进行组帧并定时向链路设备进行发送，由链路设备通过无线方式发送至无人机。实时前端软件在进行遥测遥控数据处理的同时，对其进行存储操作，实现数据存储功能。从而实现飞行监控功能。

任务监控计算机安装任务监控软件和图像显示软件。如附图3所示实现方式，任务监控软件通过接收飞行监控计算机上运行的实时前端软件发送的内部状态数据包，将解析过的遥测数据进行图形化、数字化显示，针对侦察照射任务设备，显示的内容主要包括：可见光工作模式、状态及参数回报，红外工作模式、状态及参数回报，激光工作模式、状态及参数回报，定位数据，地图背景的无人机航迹等，图像显示软件通过接收链路设备发送至局域网的任务数据进行任务图像显示，主要包括：可见光图像显示和红外图像显示。人工操作可通过任务操纵台或软件界面进行指令发送，任务监控软件收到人工操作后生成内部控制指令数据包，并发送至局域网，实时前端软件接收任务控制软件发送的内部控制指令数据包后，按照遥控帧格式进行组帧并定时向链路设备进行发送，由链路设备通过无线方式发送至无人机，图像显示软件收到人工操作后执行目标定位功能，并生成内部通信数据包并发送至局域网，任务监控软件接收图像显示软件发送的内部通信数据包后，对通信数据包中包含的定位信息进行接收并显示。从而实现任务监控功能。

情报处理计算机安装情报处理软件和指挥控制软件。如附图4所示实现方式，情报处理软件通过接收链路设备发送的任务数据，对其进行显示，包括可见光图像显示和红外图像显示；指挥控制软件通过接收飞行监控计算机上运行的实时前端软件发送的内部状态数据包，将解析过的遥测数据进行图形化、数字化显示，主要包括：地图背景下的无人机航迹、飞行状态参数等，指挥控制软件还通过局域网接收上级指挥车发送的态势信息并将其在界面上显示出来。人工操作通过软件界面完成对应功能或指令发送，情报处理软件通过接收指令完成图像处理、视频剪辑、目标精确定位及上报、情报专题图生成及上报、视频上报等，生成的上报指令直接通过局域网发送至上级指挥车；指挥控制软件通过接收指令完成指挥报文上报及任务规划数据上报，生成的上报指令直接通过局域网发送至上级指挥车。从而实现情报处理功能。

指挥通信功能通过通信及调度设备实现。指挥通信的调度策略实现如下：车内操作人员通过任意1个送受话器进行讲话，通过车通盒将语音转换为数字信号送至语音调度设备，通过语音调度设备送至其他2个车通盒进行模拟化，并通过送受话器播放给操作人员，车通盒之间通话为全双工会议模式；车内操作人员可通过按压指挥车通盒上对应的PTT按键，选择需要进行通话的对象，将经车通盒数字化后的语音送至语音调度设备，根据用户选择，可将语音送至车载电台、短波电台或链路设备其中之一，车载电台、短波电台收到语音数据后通过天线对外发送，链路设备收到语音数据后通过上行链路发送至无人机机载电台；车载电台语音送至语音调度设备后，分配给3个车通盒进行同时播放，短波电台及链路设备语音送至语音调度设备后，分配给指定的其中1个车通盒进行播放；飞行监控软件可发送语音报警数据包至语音调度设备，该报警数据可分配给3个车通盒同时播放。通过软硬件结合实现语音通信的指挥调度功能。

Claims (4)

1.一种无人机地面指挥控制系统，其特征在于包括飞行监控计算机、任务监控计算机、情报处理计算机、多台显示器、网络交换机、飞行操纵台、任务操纵台、链路设备、车通设备、送受话器、语音调度设备、短波电台和车载电台；每台计算机均与显示器相连，按照需要可以连接一台显示器或两台显示器，飞行操纵台与飞行监控计算机相连，任务操纵台与任务监控计算机相连；飞行操纵台用于飞行控制指令发送，任务操纵台用于任务控制指令发送，链路设备用于实现无人机上行数据发送及无人机下行数据接收，送受话器完成语音的采集和播放功能，车通设备完成模拟语音数字化及数字语音模拟化功能，短波电台用于无人机指挥人员与上级的语音半双工通信，车载电台用于无人机指挥人员与站外手持电台的语音半双工通信；各送受话器通过车通设备连接至语音调度设备，短波电台、车载电台及链路设备均连接至语音调度设备，语音调度设备接收车通设备、短波电台、车载电台、链路设备及计算机发送的语音信息，并根据无人机指挥员意图将语音分配至对应设备进行输出或传递；链路设备、全部计算机及语音调度设备均连接至网络交换机，组成局域网。

2.一种由权利要求1所述的无人机地面指挥控制系统实现的飞行监控方法，其特征在于：链路设备将无人机遥测数据、伺服状态数据和链路状态数据发送至局域网，飞行监控计算机从局域网接收无人机遥测数据、伺服状态数据和链路监控数据，并将这些数据进行合并组帧，形成内部复合状态数据包发送至局域网；飞行监控计算机从局域网接收内部复合状态数据包并对数据进行解析量化，并将解析结果以图形化、数字化显示在与之相连的显示器上，显示的内容包括：无人机的姿态、航向、速度、高度、油量、发动机信息、机载航电设备信息、链路状态、伺服状态、地图背景下的无人机航迹、卫星定位信息、航程点信息；飞行操纵台根据人工操作生成对应的飞行控制指令数据包并通过串口发送至飞行监控计算机，飞行监控计算机根据飞行控制指令数据包的内容，按照无人机遥控帧格式进行组帧并定时通过局域网向链路设备进行发送，由链路设备通过无线方式发送至无人机；飞行监控计算机在进行遥测遥控数据处理的同时，对其进行存储操作，实现数据存储功能，从而实现飞行监控功能。

3.一种由权利要求1所述的无人机地面指挥控制系统实现的任务监控方法，其特征在于：任务监控计算机从局域网接收飞行监控计算机发送的内部复合状态数据包，对该数据包进行解析量化，并将解析结果以图形化、数字化显示在与之相连的一台显示器上，显示的内容主要包括：可见光工作模式、状态及参数回报，红外工作模式、状态及参数回报，激光工作模式、状态及参数回报、定位数据、地图背景的无人机航迹；任务监控计算机通过接收链路设备发送至局域网的任务视频数据进行图像解析，并将解析后的可见光图像和红外图像显示在与之相连的另外一台显示器上；任务操纵台根据人工操作生成对应的任务控制指令数据包并通过串口发送至任务监控计算机，任务监控计算机将该任务控制指令数据包转化为网络形式的任务控制指令数据包并发送至局域网，飞行监计算机从局域网中接收任务控制指令数据包，按照无人机遥控帧格式进行组帧并定时通过局域网向链路设备进行发送，由链路设备通过无线方式发送至无人机，从而实现任务监控功能。

4.一种由权利要求1所述的无人机地面指挥控制系统实现的情报处理方法，其特征在于：情报处理计算机接收链路设备发送至局域网的任务数据进行任务图像解析，通过对视频中的目标进行精确定位处理，生成目标位置信息并上报给上级，通过对视频进行图片抓取及标注处理，生成情报专题图并上报给上级，通过对任务数据进行转发进行视频实时上报给上级，对抓取的图像进行几何校正、去雾、增强图像处理并存储，对感兴趣的视频段进行剪辑并存储，从而实现情报处理功能。