CN112433665A - 一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，属于无人机测控通信技术领域。其包括手持部分和链路通信部分；手持机部分包括触控显示模块、数据处理模块、操控模块、网络模块以及电源模块；链路通信部分包括通信模块、收发模块以及定向天线。本发明集成度高方便携带，并且能够实现对无人机进行远距离操纵以及侦察信息的实时监视、记录及分发；具有对接收的侦察数据进行情报处理、分析，在任务完成后进行数据回放等功能。
Description
技术领域
本发明涉及到无人机测控通信技术领域，特别涉及一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备。
背景技术
无人飞行器的飞行技术一直是航空领域研究的热点，在实际中有大量的应用，如线路巡检，地质勘探，农林防护，侦察与救援任务等。通过无人机飞行器来执行上述任务，可以大大节省人工成本，提高执行人员的安全。随着无人机技术的发展，无人机地面站被提出来。无人机地面站是无人机系统的操控与情报处理中心，用于对无人机进行远程操控与实时监控，通过采集下传的侦察数据完成情报处理、分析，以便更好的完成相关任务。
现有技术中，有采用将显示器、遥控设备、数传电台等组装在一起的地面站，其体积庞大，集成度较低，不方便携带。市场上也有采用手机、平板电脑操控无人机，通过WiFi进行通信，使用此方式的地面站通常用来显示图像，操控无人机还要配备手持遥控器，且存在操作延时、信号不稳定等情况。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备。该设备集成度高方便携带，并且能够实现对无人机进行远距离操纵以及侦察信息的实时监视、记录及分发；具有对接收的侦察数据进行情报处理、分析，在任务完成后进行数据回放等功能。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，包括在同一侧通过转轴连接的手持机部分和链路通信部分；其中，链路通信部分和手持机部分在0°到180°之间具有任意旋转角。
进一步的，链路通信部分通过上行无线链路和下行无线链路与无人机进行通信，链路通信部分通过有线信号与手持机部分进行数据交互；
所述手持机部分包括触控显示模块、数据处理模块、操控模块、网络模块以及电源模块；所述链路通信部分包括通信模块、收发模块以及定向天线；
所述数据处理模块内嵌操作系统，用来完成数据处理、分析及交互；
所述触控显示模块包括显示屏和触摸屏，其接受数据处理模块输入的数据，通过显示屏显示；触控显示模块也将触摸屏发送的信号输出给数据处理模块；
所述操控模块包括控制无人机的二维遥杆和功能按键，其用于将二维遥感和功能按键的输入信号转发给数据模块；
所述网络模块用于数据处理模块和通信模块之间的数据交互，其与数据处理模块和通信模块均采用物理连接线的方式，以保障数据传输的稳定；
所述电源模块用于给手持机部分和链路通信部分供电，手持机部分和链路通信部分分别与电源相连；
所述定向天线用于无线信号接收无人机的遥测信息，同时发送遥控数据给无人机，其与收发模块电连接；
所述通信模块和收发模块属于链路通信部分的地面数据终端，用于定向天线和手持机部分之间的信号交互；
上行无线链路：上行控制指令生成采用第一方式或第二方式，第一方式是通过手持机部分接收触摸屏操作，数据处理模块调用触控显示模块响应触摸操作，通过数据处理模块生成上行控制指令；第二方式是通过二维摇杆和功能按键操作，数据处理模块调用操控模块响应操作，通过数据处理模块生成上行控制指令；将上行控制指令经过网络模块建立的网络通道输送给链路通信部分，经过地面数据终端的通信模块编码处理后发送给收发模块，经收发模块信号调制变频后发送给定向天线，最后通过定向天线与无人机建立的无线链路完成发送，实现远程无人机遥控；
下行无线链路：通过定向天线接收无人机发送的无线信号，链路通信部分将无线信号转化为下行遥测数据，经收发模块解调处理后发送给通信模块，经通信模块建立的网络通道，按网络协议编码处理后，发送给手持机部分的网络模块，网络模板将数据发送给数据处理模块，通过运行在手持机部分上的程序产品调用触控显示模块，实现数据可视化呈现。
进一步的，所述的数据处理模块包括数据管理程序模块、监控程序模块、航迹显示程序模块和图像显示程序模块；
数据管理程序模块，用来在任务执行阶段转接、记录并解析各种原始数据，分发清洗后的数据信息给监控、航迹显示和图像显示；在任务完成阶段对记录的原始数据进行回放等事后分析工作；
监控程序模块，监视设备和无人机的工作状况，并完成链路控制、飞行控制和载荷控制；
航迹显示程序模块，显示无人机飞行的航迹和经纬度信息；
图像显示程序模块，显示飞机下传的图像信息。
进一步的，还包括分别与数据处理模块连接的接口模块和声音模块；所述接口模块包括航插电源和航插USB；所述声音模块包括喇叭和麦克风。
本发明采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
1.本发明的手持机部分和链路部分的集成，增强了无人机地面站便携性、易操作性和实用性。
2.本发明的手持机部分和链路部分之间采用分体设计，有利于设备散热，链路通信部分可折叠或打开任意角度，方便对准目标无人机。
3.本发明的手持机部分和链路部分采用物理连接线相连，通过有线信号与手持机部分进行数据交互，降低了数据延迟，提高了信号稳定性。
4.本发明采用触屏输入的方式取代键盘输入，同时集成摇杆、按键等无人机操控装置，程序产品主界面包括参数显示与指令控制，其功能简单，操作方便，使未经过训练的普通人员都能够随时使用。
附图说明
图1是本发明实施例的外观示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明实施例的信号流程图。
图4是本发明实施例的原理框图。
图5是本发明实施例的下行遥测数据处理流程图。
图6是本发明实施例的上行遥测梳理护理流程图。
图中：1、左遥杆，2、指令区，3、功能按键，4、右摇杆，5、功能按键，6、第一图像航迹显示，7、参数显示区，8、仪表显示区、9，第二图像航迹显示区。
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，包括在同一侧通过转轴连接的手持机部分和链路通信部分；其中，链路通信部分和手持机部分在0°到180°之间具有任意旋转角。
进一步的，链路通信部分通过上行无线链路和下行无线链路与无人机进行通信，链路通信部分通过有线信号与手持机部分进行数据交互；
所述手持机部分包括触控显示模块、数据处理模块、操控模块、网络模块以及电源模块；所述链路通信部分包括通信模块、收发模块以及定向天线；
所述数据处理模块内嵌操作系统，配合操作系统中的程序产品完成数据处理、分析及交互；
所述触控显示模块包括显示屏和触摸屏，其接受数据处理模块输入的数据，通过显示屏显示；触控显示模块也将触摸屏发送的信号输出给数据处理模块；
所述操控模块包括控制无人机的二维遥杆和功能按键3、5，其用于将二维遥感和功能按键的输入信号转发给数据模块；
所述网络模块用于数据处理模块和通信模块之间的数据交互，其与数据处理模块和通信模块均采用物理连接线的方式，以保障数据传输的稳定；
所述电源模块用于给手持机部分和链路通信部分供电，手持机部分和链路通信部分分别与电源相连；
所述定向天线用于无线信号接收无人机的遥测信息，同时发送遥控数据给无人机，其与收发模块电连接；
所述通信模块和收发模块属于链路通信部分的地面数据终端，用于定向天线和手持机部分之间的信号交互；
上行无线链路：上行控制指令生成可以采用两种方式，一种通过手持机部分接收触摸屏操作，程序产品调用触控显示模块响应触摸操作，通过数据处理模块生成上行控制指令；另一种二维摇杆和功能按键操作，程序产品调用操控模块响应操作，通过数据处理模块生成上行控制指令；将上行控制指令经过网络模块建立的网络通道输送给链路通信部分，经过地面数据终端的通信模块编码处理后发送给收发模块，经收发模块信号调制变频后发送给定向天线，最后通过定向天线与无人机建立的无线链路完成发送，实现远程无人机遥控；
下行无线链路：通过定向天线接收无人机发送的无线信号，链路通信部分将无线信号转化为下行遥测数据，经收发模块解调处理后发送给通信模块，经通信模块建立的网络通道，按网络协议编码处理后，发送给手持机部分的网络模块，网络模板将数据发送给数据处理模块，通过运行在手持机部分上的程序产品调用触控显示模块，实现数据可视化呈现。
进一步的，所述的程序产品包括数据管理窗口、监控窗口、航迹显示窗口、图像显示窗口；
数据管理窗口，指在任务执行阶段转接、记录并解析各种原始数据，分发清洗后的数据信息给监控、航迹显示和图像显示；在任务完成阶段对记录的原始数据进行回放等事后分析工作；
监控窗口，监视设备和无人机的工作状况，并完成链路控制、飞行控制和载荷控制；
航迹显示窗口，显示无人机飞行的航迹和经纬度信息；
图像显示窗口，显示飞机下传的图像信息。
进一步的，还包括分别与数据处理模块连接的接口模块和声音模块；所述接口模块包括航插电源和航插USB；所述声音模块包括喇叭和麦克风。
下面为一个更具体的实施例：
如图1～2所示，本发明实施例整机包括手持机部分和链路通信部分，采用手持机部分背部集成地面数据终端、定向天线等链路通信部分于一体，两部分采用转轴连接，分体设计有利于设备散热，链路通信设备可折叠或打开任意角度，方便对准目标无人机。
如图3所示，通过实例中的设备可以与无人机建立上行、下行无线链路进行通信，所述链路通信部分主要完成无线电信号收发处理，链路通信部分与手持机部分物理连接线相连，通过有线信号与手持机部分中的程序产品进行数据交互，降低了数据延迟，提高了信号稳定性，实现无人机遥测数据接收与遥控数据发送。
下行遥测数据接收如下，通过定向天线与无人机建立无线链路通道，接收无人机下发的无线电信号，通过地面数据终端收发模块解调处理后，转化为有效的下行遥测数据发送给通信模块，经通信模块编码处理后发送给手持机，然后经过手持机进行数据处理、记录，分发到显示模块进行遥测信息、图像及航迹显示，并且通过程序产品可以进行数据记录、回放，完成下行情报数据处理与监视。
上行遥测数据发送如下，通过手持机部分的程序产品生成上行控制指令，经过网络模块输送给链路通信设备，经过通信模块编码处理后发送给收发模块，经收发模块对信号调制变频后发送给定向天线，最后通过建立的无线链路发送给无人机，实现远程无人机遥控。
本实例的手持机部分是操作人员的交互窗口，交互接口对象包括程序产品的显示界面、操作按钮，以及触摸屏、摇杆、按键等；如图1所示，手持机整机上壳体包括触摸屏、显示屏、左、右摇杆1、4、左右侧功能按键、手持机电源开关及指示灯；采用触屏输入的方式取代键盘输入，同时集成摇杆、功能按键3和5等无人机操控装置，程序产品主界面包括参数显示与指令控制，其功能简单，操作方便，使未经过训练的普通人员都能够随时使用。
程序显示界面包括指令区2、第一图像航迹显示区6、参数显示区7、仪表显示区8、第二图像航迹显示区9。
手持机部分整机下壳体左右两侧分别设置有一个功能按键；在顶端左右两侧设置有两个功能按键，以及链路通信设备电源开关、耳机接口；在底端设置有喇叭和麦克风。
如图4所示，手持机内部设置有数据处理模块、触控显示模块、操控模块、网络模块、电源模块、接口模块、声音模块。链路通信部分整机内部的下方是地面数据终端，上方是定向天线，地面数据终端包括通信模块和收发模块。
所述数据处理模块是设备的核心模块，内嵌操作系统，支持Windows、安卓、中标麒麟等操作系统，同时与其他外围模块包括触控显示模块、操控模块、网络模块、电源模块、接口模块、声音模块一一相连，配合系统中运行的程序产品完成数据处理、分析及各系统模块的操作、显示数据交互。
所述触控显示模块，对内与数据处理模块相连，对外提供显示屏、触摸屏，负责接收数据处理模块输入的数据，通过显示屏进行呈现；同时接收触摸屏输入的信号转发给数据处理模块。
所述操控模块，对内与数据处理模块相连，对外提供二维摇杆、功能按键，负责把摇杆、功能按键的输入信号转发给数据处理模块。
所述网络模块，对内与数据处理模块相连，对外与地面数据终端通信模块相连，与地面数据终端采用物理连接线，保障了数据传输的稳定性，连接线隐藏设计保证了设备整体美观性，负责接收地面数据终端输入的数据转发给数据处理模块；同时接收数据处理模块输入的数据转发给地面数据终端。
所述电源模块，可同时给手持机和链路通信设备供电，手持机和链路通信设备可分别开关电源。执行任务阶段可同时打开手持机和链路通信设备电源；任务执行完，进行回放分析时可只打开手持机电源。
所述接口模块，对内与数据处理模块相连，对外提供外部电源输入接口和USB扩展接口，通过外部电源可持续给设备供电，通过USB接口可连接其他外围设备。可把无人机侦察信息发送给其他外围设备。
所述声音模块，对内与数据处理模块相连，对外提供喇叭和麦克风，保证语音输入和输出。
所述通信模块，对内与收发模块相连，对外通过物理连接线与手持机网络模块相连，负责接收手持机输入的数据转发给收发模块；同时接收收发模块输入的数据转发给手持机。
所述收发模块，对内与通信模块相连，对外与定向天线相连，负责接收通信模块输入的数据，通过定向天线发送给无人机；同时接收定向天线输入的数据，转发给通信模块。
所述的定向天线，与地面数据终端收发模块相连，可以通过无线信号接收无人机的遥测信息，同时发送遥控数据给无人机。
本实施例实现对侦察数据进行情报处理、分析以及上行遥测指令生成与发送，增强了无人机地面站便携性、易操作性和实用性。本实例中手持机上运行程序产品，通过数据处理模块，实时响应其他模块的不同数据需求，在无人机执行任务阶段接收、记录无人机下传的遥测数据，解析并发布清洗后的数据信息，完成情报数据处理，同时发送给显示屏进行数据可视化呈现；同时响应触摸屏、摇杆、按键等信号输入，完成无人机的实时操控。而且在任务完成阶段对记录的原始数据进行回放等事后分析工作。
进一步地，如图5所示，通过无线链路接收无人机下发的无线电信号，通过链路通信设备转化为下行遥测数据，经收发模块解调处理后发送给通信模块，经通信模块建立的网络通道，按网络协议编码处理后，发送给手持机网络模块，手持机网络模板将数据发送给数据处理模块，通过运行在手持机上的程序产品调用触控显示模块，实现数据可视化呈现。
本实例中程序产品通过数据管理程序模块对接收的数据进行解析，接收数据主要包括复合遥测数据、飞控遥测数据、链路回报数据、载荷遥测数据。监视飞控设备、链路通信设备、载荷设备的相关工作状态参数和飞行航迹、态势、侦察图像等信息。
本实例中程序产品监控程序模块完成参数显示，通过手持本显示屏实时显示，主要包括遥测状态显示、航迹显示区、图像显示区，其中遥测状态显示包括参数状态区和仪表状态区。
参数状态显示区包括链路状态、飞行状态、以及供电和导航状态，其中链路状态又包含机载AGC、地面AGC显示，AGC信号指示无线链路通信状态与通信质量；飞行状态包括飞行模式、阶段等信息，供电状态实时显示无人机供电电源电，电压低于一定阈值时则呈红色警示，导航状态包含卫星数量和定位质量等。
仪表状态显示区有两种状态，一是导航模式，显示屏中用指针在表盘背景中偏转情况来呈现飞机航向；二是三姿模式，显示屏中用飞机图标在表盘背景中的前后左右活度来呈现飞机的横滚、俯仰，两种模式下都会实时显示飞机速度，航向角，目标，飞机相对高，距离，航速。
图像显示区和航迹显示区充分利用手持机显示屏进行大画面显示，通过手持机触摸屏进行触控操作实现切换显示，可切换图像显示区和航迹显示区的位置，实时大画面展现无人机任务拍摄的图像信息或飞行航迹信。
进一步地，如图6所示，监控程序模块中上行遥测指令生成可以采用两种方式，一种通过手持机接收触摸屏操作，程序产品调用触控显示模块响应触摸操作，通过数据处理生成上行控制指令；另一种通过手持机接收二维摇杆、功能按键操作，程序产品调用操控模块响应操作，通过数据处理生成上行控制指令；
程序产品监控程序模块将上行控制指令经过网络模块建立的网络通道输送给链路通信设备，经过地面数据终端通信模块编码处理后发送给收发模块，经收发模块信号调制变频后发送给定向天线，最后通过定向天线与无人机建立的无线链路完成发送，实现远程无人机遥控。
进一步地，程序通过监控程序模块调用触摸屏操作代替键盘操作，完成飞行控制、链路控制、载荷控制等指令的操作。可对触摸屏使用手指或触摸笔进行点击、双击，通过触控显示模块响应程序指令的输入。飞行控制包括程控、手控、起飞、降落等指令，链路控制包括频道、速率、功率切换等指令，载荷控制包括变倍、聚焦等指令。
进一步地，监控程序模块通过操控模块调用二维摇杆和功能按键，完成飞控设备的控制，通过功能按键快速生成飞行控制指令，包括解锁、起飞、降落、加锁、拍照等常用指令，同时支持指令编辑更改。
进一步地，通过二维摇杆完成无人机遥控飞行，如向前推右侧摇杆，飞机执行上升动作；向后拉右侧摇杆，飞机执行下降动作；向左推右侧摇杆，飞机执行左飞动作；向右推右侧摇杆，飞机执行右飞动作。向前推左侧摇杆，飞机执行前飞动作；向后拉左侧摇杆，飞机执行后退动作；向左推左侧摇杆，飞机执行顺时针旋转动作；向右左侧摇杆，飞机执行逆时针旋转动作。在遥控模式下，操作摇杆多个方向同时用力，实现无人机混合飞行，根据受力方向飞机沿矢量方向飞行。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，其特征在于，包括在同一侧通过转轴连接的手持机部分和链路通信部分；其中，链路通信部分和手持机部分在0°到180°之间具有任意旋转角。
2.根据权利要求1所述的一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，其特征在于，链路通信部分通过上行无线链路和下行无线链路与无人机进行通信，链路通信部分通过有线信号与手持机部分进行数据交互；
所述手持机部分包括触控显示模块、数据处理模块、操控模块、网络模块以及电源模块；所述链路通信部分包括通信模块、收发模块以及定向天线；
所述数据处理模块内嵌操作系统，用来完成数据处理、分析及交互；
所述触控显示模块包括显示屏和触摸屏，其接受数据处理模块输入的数据，通过显示屏显示；触控显示模块也将触摸屏发送的信号输出给数据处理模块；
所述操控模块包括控制无人机的二维遥杆和功能按键，其用于将二维遥感和功能按键的输入信号转发给数据模块；
所述网络模块用于数据处理模块和通信模块之间的数据交互，其与数据处理模块和通信模块均采用物理连接线的方式，以保障数据传输的稳定；
所述电源模块用于给手持机部分和链路通信部分供电，手持机部分和链路通信部分分别与电源相连；
所述定向天线用于无线信号接收无人机的遥测信息，同时发送遥控数据给无人机，其与收发模块电连接；
所述通信模块和收发模块属于链路通信部分的地面数据终端，用于定向天线和手持机部分之间的信号交互；
上行无线链路：上行控制指令生成采用第一方式或第二方式，第一方式是通过手持机部分接收触摸屏操作，数据处理模块调用触控显示模块响应触摸操作并生成上行控制指令；第二方式是通过二维摇杆和功能按键操作，数据处理模块调用操控模块响应操作并生成上行控制指令；将上行控制指令经过网络模块建立的网络通道输送给链路通信部分，经过地面数据终端的通信模块编码处理后发送给收发模块，经收发模块信号调制变频后发送给定向天线，最后通过定向天线与无人机建立的无线链路完成发送，实现远程无人机遥控；
下行无线链路：通过定向天线接收无人机发送的无线信号，链路通信部分将无线信号转化为下行遥测数据，经收发模块解调处理后发送给通信模块，经通信模块建立的网络通道，按网络协议编码处理后，发送给手持机部分的网络模块，网络模板将数据发送给数据处理模块，通过运行在手持机部分上的程序产品调用触控显示模块，实现数据可视化呈现。
3.根据权利要求2所述的一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，其特征在于，所述的数据处理模块包括数据管理程序模块、监控程序模块、航迹显示程序模块和图像显示程序模块；
数据管理程序模块，用来在任务执行阶段转接、记录并解析各种原始数据，分发清洗后的数据信息给监控、航迹显示和图像显示；在任务完成阶段对记录的原始数据进行回放等事后分析工作；
监控程序模块，监视设备和无人机的工作状况，并完成链路控制、飞行控制和载荷控制；
航迹显示程序模块，显示无人机飞行的航迹和经纬度信息；
图像显示程序模块，显示飞机下传的图像信息。
4.根据权利要求2所述的一种手持式无人机操控与情报处理的终端设备，其特征在于，还包括分别与数据处理模块连接的接口模块和声音模块；所述接口模块包括航插电源和航插USB；所述声音模块包括喇叭和麦克风。
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