CN112947568A - 一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机监视控制技术领域,公开了一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,本方法包括:S1,地面控制站接受无人机广播消息确定是否接入;S2,如果是,则发送控制权申请,无人机进行比对,若是允许接入则进入下一步;S3,主控站收到无人机下传的允许接入申请,在审核通过后将无人机的控制权限给指定的接入地面控制站;S4,无人机下传协议规则文件和指挥控制软件组件;S5,根据无人机下传的指挥控制软件对接入地面控制站进行重载,S6,接入地面控制站完成无人机系统的控制权交接;S7,接入地面控制站根据下传的协议规则文件执行完成任务;S8,对指挥控制软件进行复位。本方法实现了对多个地面控制站的控制服务分发和对各个无人机的监控。
Description
技术领域
本发明涉及无人机监视控制技术领域,尤其涉及一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法。
背景技术
当前国内外主流的大型无人机的监视和控制都是在地面控制站由操作员完成。虽然无人机执行飞任务大多是依靠预先的任务航路规划或实时的任务导引完成,但是人在环为无人机的基本要求,通过及时正确的判断及纠正措施,减少或避免因不利天气或者突发事件造成的负面影响。
而不同型号的无人机因其动力系统、传感器系统、任务系统等的差异造成控制模式和监视内容的差异,控制不同无人机通常需要通过换装不同的地面指挥控制软件来实现,造成了以下几点不利因素:
1、每个控制站内要预装所有的指挥控制软件,在不确认此控制站是否有对所有无人机均有控制权限的前提下提前预装有一定风险;
2、每个控制站需提前知道要控制的无人机型号才能运行对应的指挥控制软件,增加了任务过程的交流环节和对交流环节的强实时性要求;
3、对于控制多型无人机的固定指挥控制中心,这种模式会不停的退出、重启不同的指挥控制软件,使用体验很差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对上述存在的问题,提供了长航时大型无人机空中控制服务器平台方法,主要是基于大型无人机在长航时飞行模式下,针对多个地面控制站接力控制的控制服务分发;同时也支持固定指挥控制中心对管控区域内的各型大型无人机分时监控。
本发明采用的技术方案如下:一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,包括:
S1:地面控制站内通过指挥控制软件接收到无人机广播的飞机消息后,通过消息里的无人机类型编号识别码或者任务编号进行匹配分析判断是否需要接入;
S2:如果为需要接入的无人机则通过指挥控制软件发送控制权申请至无人机,申请信息包含发送请求控制权的地面控制站类型编号等关键信息;无人机通过机载预先加载的权限允许列表进行比对,若该地面控制站为允许接入控制的地面控制站,则进入S3,由主控站对其权限进行许可认证;若申请接入的地面控制站为主控站,则直接跳至S4;空中段禁止无主控站授权直接接入,以防止不可控事件发生;
S3:主控站收到通过无人机下传的已经通过权限列表允许的地面控制站申请,审核通过后开放无人机的控制权限给指定的接入地面控制站;允许机载设备响应上行遥控协议中包含地面站类型编号的特定字段,同时主控站拥有最高权限可以强制收回已发放权限;
S4:无人机宽带数据链下传协议规则文件和指挥控制软件组件;
S5:接入地面控制站下载完协议规则文件和指挥控制软件组件后,通过指挥控制软件对接入地面控制站的各个功能模块和协议进行重载,同时下载无人机机载任务航路文件并显示,指引操作员完成任务执行;
S6:按照各型无人机系统双站交接程序,接入地面控制站完成无人机系统的控制权交接;若申请接入的地面控制站为主控制站,则直接跳入S7,若该地面控制站仅是监视模式,则直接跳入S8;
S7:接入地面控制站根据下传的遥测数据、任务载荷数据及对应的解析协议实现状态参数观察,情报数据生成,通过下传的遥控编码表实现对无人机机载各分系统的控制;当接入地面控制站完成需要执行的任务之后,与主控站或其它待接入地面控制站按照双站交接程序进行任务交接;
S8:确认地面控制站与无人机系统状态正常后,对指挥控制软件进行复位。
进一步的,所述指挥控制软件包括基本框架、协议处理模块和任务应用模块;
其中,所述基本框架包括平台状态显示、无人机广播数据接收解析模块、控制权申请模块和下载进程管理模块,所述平台状态显示用于显示航路态势、平显、综合监控和任务荷载信息,所述无人机广播数据接收分析模块用于接收无人机广播信息并进行分析,所述控制权申请模块用于向无人机发送控制权申请,所述下载进程管理模块用于管理接入地面控制站的下载进程;
所述协议处理模块用于处理遥测数据和任务载荷数据对应的解析协议以及遥控编码表;
所述任务应用模块包括监控组件、平显组件和任务规划文件加载组件,用于处理应用无人机任务。
进一步的,无人机宽带数据链通常为2Mbps模式或者2Mbps以上的模式,待下传的协议规则文件大小一般不超过1M、指挥控制软件组件不超过30M,按4Mbps计算,则在大约60s内完成下传。
进一步的,通过数据链路加密、校验、文件MD5码或CRC校验码等比对方式确保下传数据的安全性和准确性;若文件下载有缺失则通过循环下传或双向通信的续传机制确保文件的完整性。
与现有技术相比,采用上述技术方案的有益效果为:
1、取消了指挥控制软件与无人机型号的强耦合关系,包含软件发送上行遥控指令的编码规则、下行遥测参数的显示、宽带任务载荷数据处理规则等;
2、避免了不同型号无人机遥控遥测协议差异造成的解码差异,同时还避免了同一型无人机不同批次遥控、遥测协议或优化项的差异造成需不同版本的解码库的问题;
3、地面控制站可主动获取消息,通过安全机制无缝介入控制流程;
4、通过空中平台获取当前无人机执行的任务航路并自动加载到地面系统,接力完成后续任务,无需地面人员通过其它方式传递任务文件。
附图说明
图1是指挥控制软件的结构框图。
图2是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
无人机、地面控制站或主控站的指挥控制软件的结构如图1所示,指挥控制软件包括基本框架、协议处理模块和任务应用模块,
其中,基本框架包括平台状态显示、无人机广播数据接收解析模块、控制权申请模块和下载进程管理模块。
平台状态显示用于显示航路态势、平显、综合监控和任务荷载信息;无人机广播数据接收分析模块用于接收无人机广播信息并进行分析;控制权申请模块用于向无人机发送控制权申请;下载进程管理模块用于管理接入地面控制站的下载进程;
协议处理模块用于处理遥测数据和任务载荷数据对应的解析协议,以及用于处理遥控编码表;
任务应用模块包括监控组件、平显组件和任务规划文件加载组件,用于处理应用无人机任务。
不同的地面控制站数据链地面终端硬件组成、数据分发模式会有差异,因此指挥控制软件按各自地面控制站链路终端的收发机制和规则进行处理。
指挥控制软件包含平台状态显示的基本要素:航路态势、平显、综合监控、任务载荷解析显示几部分,站内运行的以上部分均具备运行的支撑条件,如地图数据、视频解码、网络/串口数据发送/接收、运行平台及相关license、硬件外设采集编码等,待按照流程实现协议和组件下传后,通过软件重载就能实现指挥控制软件全功能覆盖。
实现无人机控制的协议包括:遥控数据协议(上行数据)、遥测数据协议(下行数据)、任务载荷数据协议。
实现无人机监视包括:无人机状态显示、任务载荷情报数据处理和任务航路显示。
对无人机系统中差异性极高的控制/监视的核心协议、功能模块、显示模块的配置文件进行剥离,存放在无人机机载系统上,通过接入控制申请及控制权授权允许管理,实现本方法。
本实施例提供的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,如图2所示,在这之前,先将每一架长航时无人机的控制模块(包括控制指挥软件组件)都放到它自身这架无人机上,每一个无人机就相当于一个空中服务器。
具体步骤如下:
1、地面控制站内通过基本框架接收到无人机广播的飞机消息后,通过消息里的无人机类型编号识别码或者任务编号进行匹配分析判断是否需要接入;
2、如果为需接入的无人机,地面控制站则通过指挥控制软件发送控制权申请至无人机,申请信息包含发送请求控制权的地面控制站类型编号等关键信息,无人机通过机载预先加载的权限允许列表进行比对,若为允许接入的地面控制站则进入下一步流程——由主控站对其权限进行许可认证(若申请接入的控制站就是主控站则跳过此流程直接进入步骤4,此处可由无人机机载系统加强逻辑设计如:空中段禁止无主控站授权直接接入,以防止不可控事件发生);
3、主控站收到通过无人机下传的已经通过权限列表允许的地面控制站申请,人工审核通过后开放无人机的控制权限给指定的接入地面控制站(允许机载设备响应上行遥控数据协议中包含地面站类型编号的特定字段,同时主控站拥有最高权限可以强制收回已发放权限);
4、无人机宽带数据链开始下传协议规则文件和指挥控制软件组件,使地面控制站的指挥控制软件与无人机上的指挥控制软件同步,无人机宽带数据链通常为2Mbps/4Mbps/8Mbps/16Mbps/32Mbps或者更高的模式,待下传的协议规则文件大小一般不超过1M、软件组件不超过30M,按4Mbps计算,则在大约60s内完成下传。(通过数据链路加密&校验、文件MD5码或CRC校验码等比对方式确保下传数据的安全性和准确性;若协议规则文件下载有缺失则通过循环下传或双向通信的续传机制确保文件的完整性);
具体的,在本实施例中,下传的协议规则文件包括有遥控编码表、遥测数据和任务载荷数据。
5、协议规则文件和无人机指挥控制软件组件完成下载后,地面指挥控制软件按照无人机指挥控制软件的格式对接入地面控制站各功能模块和协议进行重载,完成无人机机载任务航路文件下载并在导航态势终端加载显示,指引操作员完成任务执行;
6、按各型无人机系统双站交接程序,接入地面控制站完成无人机系统的控制权交接(若申请接入的控制站就是主控站则跳过此流程直接进入步骤7,若接入的控制站是仅监视模式,如固定指挥控制中心监视无人机群状态,则跳过此流程直接进入步骤7);
7、接入地面控制站根据下传的遥测数据、任务载荷数据及对应的解析协议实现状态参数观察和情报数据生成,通过下传的遥控编码表实现对无人机机载各分系统的控制;当接入地面控制站完成需要执行的任务之后,与主控站或其它待接入地面控制站按照双站交接程序进行任务交接(监视模式可跳过此流程进入步骤8);
8、确认地面控制站与无人机系统状态正常后,对接入地面控制站的指挥控制软件进行复位,恢复到基本框架状态。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员,在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进,都应该属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,包括:
S1:地面控制站接收无人机广播,根据无人机广播信息分析判断该无人机是否需要接入;
S2:如果为需要接入的无人机则发送控制权申请至无人机,无人机通过机载预先加载的权限允许列表进行比对,若该地面控制站为允许接入控制的地面控制站,则进入S3;若申请接入的地面控制站为主控站,则直接跳至S4;
S3:主控站收到通过无人机下传的已经通过权限列表允许的地面控制站申请,审核通过后开放无人机的控制权限给指定的接入地面控制站;
S4:无人机宽带数据链下传协议规则文件和指挥控制软件组件;
S5:接入地面控制站下载完协议规则文件和指挥控制软件组件后,通过指挥控制软件对接入地面控制站的各个功能模块和协议进行重载,同时下载无人机机载任务航路文件并显示,指引操作员完成任务执行;
S6:按照各型无人机系统双站交接程序,接入地面控制站完成无人机系统的控制权交接;若申请接入的地面控制站为主控制站,则直接跳入S7,若该地面控制站仅是监视模式,则直接跳入S8;
S7:接入地面控制站根据下传的协议规则文件完成对无人机的控制,在执行完任务后,接入地面控制站与主控站或其他待接入地面控制站按照双战交接程序进行任务交接;
S8:确认地面控制站与无人机系统状态正常后,对地面控制站的指挥控制软件进行复位。
2.根据权利要求1所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述下传的协议规则文件包括遥控编码表、遥测数据和任务载荷数据。
3.根据权利要求2所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述S7中,具体包括:接入地面控制站根据下传的遥测数据、任务载荷数据及对应的解析协议实现状态参数观察,情报数据生成,通过下传的遥控编码表实现对无人机机载各分系统的控制。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述无人机广播消息包括无人机类型编号识别码和任务编号。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,待下传的协议规则文件大小不超过1M,待下传的指挥控制软件组件的大小不超过30M。
6.根据权利要求1所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述无人机宽带数据链为2Mbps模式或者2Mbps以上的模式。
7.根据权利要求1或6所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述S4中,通过数据链路加密、校验、文件MD5码或CRC校验码的比对方式确保下传数据的安全性和准确性,若协议规则文件下载有缺失,则通过循环下传或双向通行的续传机制确保文件的完整性。
8.根据权利要求1所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述指挥控制软件包括基本框架、协议处理模块和任务应用模块,
其中,所述基本框架包括平台状态显示、无人机广播数据接收解析模块、控制权申请模块和下载进程管理模块,所述平台状态显示用于显示航路态势、平显、综合监控和任务荷载信息,所述无人机广播数据接收分析模块用于接收无人机广播信息并进行分析,所述控制权申请模块用于向无人机发送控制权申请,所述下载进程管理模块用于管理接入地面控制站的下载进程;
所述协议处理模块用于处理遥测数据和任务载荷数据对应的解析协议,以及用于遥控编码表;
所述任务应用模块包括监控组件、平显组件和任务规划文件加载组件,用于处理应用无人机任务。
9.根据权利要求1所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述主控站拥有最高权限,能够强制收回已发放权限。
10.根据权利要求1所述的一种长航时大型无人机空中动态接入控制方法,其特征在于,所述S1之前还包括,将无人机的控制指挥软件组件存放在无人机自身的机载系统上。
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