CN111580562A - 一种无人机集群测控指挥多功能车及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无人机集群测控指挥多功能车及其控制方法,包括载车系统、方舱系统、供配电系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统。载车系统可实现快速机动部署、方舱系统为设备提供安装空间为人员提供舒适工作环境,供配电系统负责提供稳定可靠电源,多媒体系统提供视频摄录存储和视频语音通话,网络通信系统负责舱内局域网和外部公共网络数据交互,测控链路系统负责对空中无人机集群遥测监视和遥控执行,实现一站多机、集群测控功能。本发明采用全双工测控链路、时分多址通信模式,卫星通信授时测控策略,解决了现有无人机测控点对点通信带宽窄、无法满足一站多机需求。
Description
技术领域
本发明属于无人机群控制领域,特别是一种无人机集群测控指挥多功能车及其控制方法。
背景技术
无人机目前已经在民用和军事领域广泛使用,尤其是无人机集群的应用市场需求更为迫切。目前市场上无人机地面测控指挥装置,一站一机、功能单一,品种众多,各类装置兼容性差。使用时需要解决众多设备之间相互配套问题,需要耗费大量的时间和精力协调各方资源。因此急需一种集测控、指挥、传输、通信、供电为一体的多功能装置,并且具备操控简单、灵活机动、快速部署、适应能力强等特点。中国专利CN 110588487 A公开了一种多机同空测控指挥车及测控方法,其存在如下技术问题:一、测控天线采用折叠铰链结构裸露于舱顶,缺少必要的防护风吹日晒会加速天线材料的老化,雨雪过后难免造成接口腐蚀、断路;二、单台发电机供电,虽配备UPS电源但应急供电时间有限,发电机故障后供电安全风险大;三、测控信号采用串口通信传输距离有限、速率有限、拓展性差;四、工控机采用串口收发测控数据,造成每台工控机仅能收发一架无人机的测控数据,虽配备备用工控机,但使用灵活性差、备份可靠性低;五、缺少多媒体系统,指挥功能实现效果有限;六、网络通信风险大,未实现内部通信网络和外部公共网络传输的有效物理隔离;七、测控半双工策略八路上行遥控发送完毕后接收八路下行遥测的TDMA通信模式存在缺陷,单架无人机测控上下行更新一次间隔周期时间过长,测控传输频率很难提高。八、测控时序采用地面与空中两种时隙M和S,未采用卫星授时空地握手,随时间推移会产生累积误差,测控通信异常或中断后,空地两种时隙衔接错位,增加多架无人机测控收发混乱风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机集群测控指挥多功能车及其控制方法,具备一站多机、一车多用、机动部署、使用便捷等功能。
实现本发明目的的技术解决方案为:
一种无人机集群测控指挥多功能车,包括载车系统、方舱系统、供配电系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统;
所述方舱系统与载车系统连接,所述方舱系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统均与供配电系统连接,所述多媒体系统、测控链路系统均与网络通信系统连接;所述方舱系统作为设备安装、人员工作的空间;所述供配电系统用于提供电源,所述多媒体系统用于提供视频摄录存储和视频语音通话,所述网络通信系统用于舱内局域网和外部公共网络数据交互,所述测控链路系统用于对空中无人机集群遥测监视和遥控执行。
一种无人机集群测控指挥多功能车用于无人机多机同空的控制方法,设置多台工控机,每台工控机对应控制多架无人机;无人机的遥控指令由对应工控机通过网口依次发送至网络交换机;无人机遥控指令经网络交换机传输至串口服务器;串口服务器将网络遥控信号转换为串口遥控信号传输至链路控制箱;链路控制箱将路遥控指令编码后装载至多个时隙帧内,按照时序通过测控天线以无线电波形式辐射发送至无人机;无人机收到对应的遥控数据后,下行发送自身遥测数据无线电波,经测控天线接收后传输至链路控制箱,链路控制箱解码后将多架无人机的串口遥测信息发送至串口服务器,串口服务器将串口遥测信息转换成遥测网络信息,发送至对应工控机,工控机解析显示对应控制的无人机遥测信息;每完成一次多架无人机测控上下行通信后,进行一次空地时统握手,然后进入下一个循环周期。
本发明与现有技术相比,其显著优点是:
(1)本发明具备一车多用功能,载车系统可实现快速机动部署、方舱系统为设备提供安装空间为人员提供舒适工作环境,供配电系统负责提供稳定可靠电源,多媒体系统提供视频摄录存储和视频语音通话,网络通信系统负责舱内局域网和外部公共网络数据交互,测控链路系统负责对空中无人机集群遥测监视和遥控执行,可实现一站多机、集群测控功能。
(2)采用全双工测控链路、时分多址通信模式,卫星通信授时测控策略,解决了现有无人机测控点对点通信带宽窄、传输速率低、无法满足一站多机需求。
(3)本发明兼顾无人机测控和指挥功能,配备网络通信和多媒体设备,可连接外部空勤信息,指挥无人机集群参与有人机或其他空中飞行器构成体系作战。
附图说明
图1无人机集群测控指挥多功能车系统框图。
图2无人机集群测控指挥多功能车主视图。
图3无人机集群测控指挥多功能车俯视图。
图4无人机集群测控指挥多功能车侧视图。
图5无人机集群测控指挥多功能车后视图。
图6无人机集群测控指挥多功能车测控机柜图。
图7无人机集群测控指挥多功能车舱体剖视图。
图8无人机集群测控指挥多功能车测控链路系统框图。
图9无人机集群测控指挥多功能车网络传输框图。
图10无人机集群测控指挥多功能车集群时统与时隙示意图。
图11无人机集群测控指挥多功能车指挥席显示器界面图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
本实施例的一种无人机集群测控指挥多功能车,包括载车系统、方舱系统、供配电系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统;
所述方舱系统与载车系统连接,方舱系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统均与供配电系统连接,多媒体系统、测控链路系统均与网络通信系统连接;载车系统可实现快速机动部署,方舱系统为设备提供安装空间、为人员提供舒适工作环境,供配电系统负责提供稳定可靠电源,多媒体系统提供视频摄录存储和视频语音通话,网络通信系统负责舱内局域网和外部公共网络数据交互,测控链路系统负责对空中无人机集群遥测监视和遥控执行,实现一站多机、集群测控功能。
如图1-图11所示,无人机集群测控指挥多功能车,包括载车系统、方舱系统、供配电系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统。
所述载车系统的载车底盘1与方舱系统的舱体5之间通过锁扣固定连接,实现机动部署。所述供配电系统包括电源壁盒8、备用发电机11、静音发电机12、配电箱22、 UPS电源29;备用发电机11、静音发电机12均固定在载车底盘1上,配电箱22、UPS 电源29均设置在舱体5内;市电经舱体5上的电源壁盒8接入配电箱22,静音发电机 12为主发电机,系统采用市电或发电机双路电源供电,备用发电机11在静音发电机12 故障时应急备份使用,UPS电源29设置在舱体5内,在供电异常时提供应急电源。舱体 5顶部安装顶置空调7,为舱内创造舒适的工作环境。
结合图2、图6所示,所述测控链路系统包括测控馈线9、测控天线10、链路控制箱18、多台显示器和多台工控机23;所述链路控制箱18、多台显示器和多台工控机23 均设置在舱体5内;所述工控机23与综合光端机24和网络交换机25连接;网络交换机25与串口服务器26连接,串口服务器26与链路控制箱18连接,链路控制箱18与测控天线10连接。结合图8,所述遥控指令由多台工控机23通过网口发出,先经网络交换机25,再经串口服务器26将遥控指令由网络信号转为成串口信号后,传输至链路控制箱18,经链路控制箱18编码调制后,由测控天线10以无线电波形式辐射至空中无人机。空中无人机遥测无线电波由测控天线10接收传导至链路控制箱18,经链路控制箱18解调解码后以串口信号传输至串口服务器26,再经串口服务器26将遥测信息由串口信号转为网络信号后,传输至网络交换机25,经网络交换机25再传输至工控机23,再经工控机23解析后由第一显示器17、第二显示器19和第三显示器33通过人机交互界面以图形文字显示。
如图2、图3、图5所示,测控馈线9一端经天线壁盒16转接后连接舱内的链路控制箱18,另一端连接测控天线10;所述舱体5前端和后端均设有电动升降杆2,所述测控天线10固定在舱体5后端的电动升降杆2上;所述舱体5上部设有天线箱14和馈线箱15,分别用于存放测控天线10和测控馈线9,存储和运输时,测控馈线9存放于馈线箱15内,测控天线10存放于天线箱14内。工作时测控馈线9从馈线箱15内取出连接至测控天线10,测控天线10经支架装配到电动升降杆2的顶端。
所述网络通信系统包括串口服务器26、网络交换机25、综合光端机24、信号壁盒6;
所述舱体5上设有信号壁盒6,外部网线、外部光纤均与信号壁盒6连接;所述串口服务器26与网络交换机25连接,所述网络交换机25、信号壁盒6均与综合光端机 24连接;网络交换机25、综合光端机24通过信号壁盒6经网线或光纤连接外部网络,实现舱内局域网与外部网络互联互通,数据共享。
如图6所示,所述舱体5内设有测控柜31,测控柜31台面上方装配多媒体面板20,多媒体面板20上安装网络接口、视频接口,音频接口、USB接口,串口接口,方便操作人员连接测控柜内的工控机、硬盘录像机、串口服务器、网络交换机、IP广播终端。测控柜31台面下方装配键鼠抽屉21,存储键盘和鼠标,拉出即可操作。
如图6、图8、图9所示,测控柜31内装配两台网络交换机25,两台网络交换机组建两个局域网,实现两局域网之间物理隔离。一台网络交换机25组建的局域网用于无人机遥控和遥测信息传输,另一台网络交换机25组建的局域网与外部网络连接用于无人机信息、视频图像、语音通话、空勤信息等交互传输。
所述多媒体系统包括云台摄像机3、硬盘录像机27、话筒、扬声喇叭13、IP广播终端28。所述云台摄像机3固定在舱体5前端的电动升降杆2上;所述硬盘录像机27、话筒、IP广播终端28均设置在舱体5内;所述舱体5两侧装配扬声喇叭13,满足现场指挥语音广播需求。结合图2、图6、图9所示,所述云台摄像机3通过云台螺旋线4 与硬盘录像机连接,话筒和扬声喇叭13均与IP广播终端28连接;所述硬盘录像机27、 IP广播终端28与网络交换机25连接;所述云台摄像机3将场区图像摄录后传输至硬盘录像机27,硬盘录像机27将场区图像存储并通过显示器33显示,硬盘录像机27与网络交换机25连接,将场区视频共享于由网络交换机25组建的局域网。外部摄影机可以通过信号壁盒6连接综合光端机24,通过外部网络实现影像远程传输。IP广播终端28 与连接网络交换机25连接,在工控机23内安装IP语音视频终端软件,借助话筒、扬声喇叭13、摄影机等多媒体设备实现舱内与舱外语音和视频通信。
进一步的,所述舱体5外部四周装配场地灯30,舱体5内顶装部配顶灯32满足夜间作业照明需求。进一步的,结合图5、图6所示,舱体5外装配两根测控天线10,对应舱内测控柜31中的两台链路控制箱18,构成两套测控链路,一主一备提高测控安全性。
如图7所示,舱内设置六个测控席位和两个指挥席位,其中六个测控席位功能相同,互为备份。如图11所示,指挥席位显示器配置四画面矩阵界面,画面1显示空勤态势、画面2显示无人机集群态势、画面3显示场地实景、画面4显示视频语言对讲桌面,通过四画面实时显示,向指挥员提供空中、地面实景信息,为指挥决策提供依据。
如图10所示,无人机集群同空测控链路实现多机同空方法,以九机同空为例展开说明,如一个测控席位对应多架无人机,即测控席位配置的一台工控机对应多架无人机,如1号工控机对应1、2、3号无人机,2号工控机对应4、5、6号无人机,3号工控机对应7、8、9号无人机,1、2、3号无人机的遥控指令由1号工控机通过网口依次发送至网络交换机,4、5、6号无人机的遥控指令由2号工控机通过网口依次发送至网络交换机,7、8、9号无人机的遥控指令由3号工控机通过网口依次发送至网络交换机25, 9架无人机的遥控指令经网络交换机25传输至串口服务器26,由串口服务器26将网络遥控信号转换为串口遥控信号传输至链路控制箱18,链路控制箱18根据协议将9路遥控指令编码后装载至9个时隙帧内,按照时序依次为时统1、时隙1、时隙2、时隙3、时隙4、时隙5、时隙6、时隙7、时隙8、时隙9通过测控天线10以无线电波形式辐射发送至无人机。无人机收到对应的遥控数据后,下行发送自身遥测数据无线电波,经测控天线10接收后传输至链路控制箱18,链路控制箱18解码后将9架无人机的串口遥测信息发送至串口服务器26,由串口服务器26将串口遥测信息转换成遥测网络信息,发送至对应工控机23。工控机23根据协议,1号工控机解析显示1、2、3号的无人机遥测信息,2号工控机解析显示4、5、6号的无人机遥测信息,3号工控机解析显示7、8、 9号的无人机遥测信息。每完成一次九架无人机测控上下行通信后,进行一次空地时统握手,然后进入下一个循环周期。时统帧由帧头和时统帧内容组成。时隙帧由发送请求、发送遥控数据、接收缓冲、接收遥测数据和时隙缓冲组成。
无人机集群多机同空实现方法为采用一种全双工测控链路,测控链路采用时分多址通信模式,利用卫星通信授时策略,建立测控上下行时统,由时统帧建立上下行测控信号握手后,将时间分割成多个时隙,每个时隙分配给一架无人机,该架无人机在对应时隙内完成一次遥控上行和一次遥测下行,待所有无人机完成一次测控通信后,进入下一次循环,周而复始。
Claims (10)
1.一种无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,包括载车系统、方舱系统、供配电系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统;
所述方舱系统与载车系统连接,所述方舱系统、多媒体系统、网络通信系统、测控链路系统均与供配电系统连接,所述多媒体系统、测控链路系统均与网络通信系统连接;所述方舱系统作为设备安装、人员工作的空间;所述供配电系统用于提供电源,所述多媒体系统用于提供视频摄录存储和视频语音通话,所述网络通信系统用于舱内局域网和外部公共网络数据交互,所述测控链路系统用于对空中无人机集群遥测监视和遥控执行。
2.根据权利要求1所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述供配电系统包括电源壁盒(8)、备用发电机(11)、静音发电机(12)、配电箱(22)、UPS电源(29);所述备用发电机(11)和静音发电机(12)固定在载车系统上,配电箱(22)、UPS电源(29)均设置在方舱系统内;所述方舱系统上设有电源壁盒(8),用于市电与方舱系统内的配电箱(22)的供电;所述UPS电源(29)在设置在方舱系统,供电异常时提供应急电源。
3.根据权利要求1所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述测控链路系统包括测控馈线(9)、测控天线(10)、链路控制箱(18)、多台显示器和多台工控机(23);
所述链路控制箱(18)、多台显示器和多台工控机(23)均设置在方舱系统内;所述工控机(23)与综合光端机(24)和网络交换机(25)连接;网络交换机(25)与串口服务器(26)连接,串口服务器(26)与链路控制箱(18)连接,链路控制箱(18)通过测控馈线(9)与测控天线(10)连接。
4.根据权利要求3所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述测控馈线(9)经天线壁盒(16)转接后与测控天线(10)连接,所述方舱系统后端均设有电动升降杆(2),所述测控天线(10)固定在方舱系统后端的电动升降杆(2)上;所述方舱系统上部设有天线箱(14)和馈线箱(15),分别用于存放测控天线(10)和测控馈线(9)。
5.根据权利要求1所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述网络通信系统包括串口服务器(26)、网络交换机(25)、综合光端机(24)、信号壁盒(6);所述方舱系统上设有信号壁盒(6);所述串口服务器(26)与网络交换机(25)连接,所述网络交换机(25)、信号壁盒(6)均与综合光端机(24)连接;网络交换机(25)、综合光端机(24)通过信号壁盒(6)连接外部网络。
6.根据权利要求5所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述网络交换机(25)为两台,两台网络交换机组建两个局域网,一台网络交换机(25)组建的局域网用于无人机遥控和遥测信息传输,另一台网络交换机(25)组建的局域网与外部网络连接用于无人机信息、视频图像、语音通话、空勤信息等交互传输。
7.根据权利要求1所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述多媒体系统包括云台摄像机(3)、硬盘录像机(27)、话筒、扬声喇叭(13)、IP广播终端(28);所述云台摄像机(3)固定在方舱系统前端的电动升降杆(2)上;所述硬盘录像机(27)、话筒、IP广播终端(28)均设置在方舱系统内;所述方舱系统两侧装配扬声喇叭(13);所述云台摄像机(3)与硬盘录像机连接,话筒和扬声喇叭(13)均与IP广播终端(28)连接;所述硬盘录像机(27)、IP广播终端(28)与网络交换机(25)连接。
8.根据权利要求1所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述方舱系统外部四周装配场地灯(30),内顶装部配顶灯(32)。
9.根据权利要求3所述的无人机集群测控指挥多功能车,其特征在于,所述方舱系统外装配两根测控天线(10),对应舱内测控柜(31)中的两台链路控制箱(18),构成两套测控链路。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无人机集群测控指挥多功能车用于无人机多机同空的控制方法,其特征在于,设置多台工控机,每台工控机对应控制多架无人机;无人机的遥控指令由对应工控机通过网口依次发送至网络交换机;无人机遥控指令经网络交换机传输至串口服务器;串口服务器将网络遥控信号转换为串口遥控信号传输至链路控制箱;链路控制箱将多路遥控指令编码后装载至多个时隙帧内,按照时序通过测控天线以无线电波形式辐射发送至无人机;无人机收到对应的遥控数据后,下行发送自身遥测数据无线电波,经测控天线接收后传输至链路控制箱,链路控制箱解码后将多架无人机的串口遥测信息发送至串口服务器,串口服务器将串口遥测信息转换成遥测网络信息,发送至对应工控机,工控机解析显示对应控制的无人机遥测信息;每完成一次多架无人机测控上下行通信后,进行一次空地时统握手,然后进入下一个循环周期。
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2020
- 2020-06-02 CN CN202010489770.2A patent/CN111580562A/zh active Pending
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