CN113572516A - 一种无人机机载数据管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机机载数据管理系统，包括：无线通信系统，无线通信系统与地面指挥站通信连接；机载数据管理计算机，机载数据管理计算机包括多个功能板卡，功能板卡分别与无线通信系统、无人机的多个分系统和多个载荷设备连接，功能板卡用于传输地面指挥站与多个分系统及多个载荷设备之间的数据及多个分系统与多个载荷设备之间的数据。本发明无人机机载数据管理系统不仅满足通用无人机的数据管理的需求，还能通过功能板卡与载荷系统的各载荷设备进行数据的交互，由于各功能板卡相互独立，所以当个别板卡在使用过程中故障，不会影响到其他板卡正常工作，保证总体运行的可靠性和稳定性高，实现载荷数据的管理。

Description

一种无人机机载数据管理系统

技术领域

本发明属于无人飞行器技术领域，更具体地，涉及一种无人机机载数据管理系统。

背景技术

中大型无人机升限高、航时长、载荷能力强，广泛应用于军民警不同领域。无人机平台自身各分系统需进行实时数据交互，机载数据需实时回传至地面指控站，并且为适应不同的应用场景，无人机平台需适配多种不同类型的载荷，并可进行载荷快速切换。

国内外在无人机数据管理方面已有很多研究，但多数将飞行控制和数据管理集中于一台计算机，如今中大型无人机载荷数据量巨大，并且载荷更换频率高，原有的飞行控制和数据管理集中式计算机已不能满足需求。于是，研究人员提出了独立运行的机载数据管理系统。早在1998年，《无线电通信技术》刊登的《某型机载任务管理系统设计》介绍了早期的无人机任务管理系统，该系统和其他多个机载设备连接，实现数据统一管理，但其接口单一，数据处理量较小，不能适应复杂的应用场景。在2016年，《航空工程进展》发表的《某型无人机机载任务管理计算机设计》一文中介绍了插卡式任务管理计算机，该计算机可对载荷设备进行综合管理，但该计算机不对无人机平台的分系统数据进行管理，并且该计算机的主要管理功能由主控板卡实现，计算任务较为集中，另外该计算机不具备视频压缩和复合输出功能，只能对视频信号进行选择输出。在2020年，《信息技术与信息化》刊登的《试析无人机的飞行数据综合管理》一文中提到的数据管理系统侧重于无人机平台自身的传感器数据管理，没有提及对任务载荷数据的管理。

因此，如何实现对任务载荷数据的管理及简化动力系统设备与飞控机通讯的线缆布线，提高系统扩展性成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种实现对任务载荷数据的管理及简化动力系统设备与飞控机通讯的线缆布线且提高系统扩展性的无人机机载数据管理系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无人机机载数据管理系统，包括：无线通信系统，所述无线通信系统与地面指挥站通信连接；机载数据管理计算机，所述机载数据管理计算机包括多个功能板卡，所述功能板卡分别与所述无线通信系统、无人机的多个分系统和多个载荷设备连接，所述功能板卡用于传输所述地面指挥站。

优选的，所述多个功能板卡包括异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线1533B总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡和位姿数据与数据记录仪板卡；所述多个分系统包括飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统和链路分系统。

优选的，所述机载数据管理计算机还包括底板、电源板卡、主控板卡和端板，电源板卡、主控板卡和多个功能板卡具有相同的外形结构和电气接口，所述底板上具有多个相同的板卡插槽，每个板卡底部均设有与所述板卡插槽对应的插头，每个所述板卡分别通过所述插头插设于一个所述板卡插槽上，所述端板具有连接器，每个板卡分别通过所述连接器与对应的分系统和/或载荷设备连接；所述底板上设有连接多个所述板卡插槽的连接总线，多个所述板卡之间通过所述连接总线进行数据交互。

优选的，所述异步串口数据板卡通过所述无线通信系统接收所述地面指挥站的地面信息，所述地面信息包括地面分系统信息和地面板卡信息，所述异步串口数据板卡分别与所述无线通信系统、飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统、链路分系统和具有异步串口通信方式的载荷设备连接；所述异步串口数据板卡用于将所述地面分系统信息传输至所述分系统，并将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述无线通信系统，通过所述无线通信系统传输至地面指挥站。

优选的，所述同步串口数据板卡分别与所述链路分系统和具有同步串口通信方式的载荷设备连接，所述同步串口数据板卡用于将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述分系统信息和载荷信息，通过所述无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

所述视频数据板卡分别与所述飞控分系统、链路分系统和具有串行数字通信方式的载荷设备连接，所述视频数据板卡用于将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述分系统信息和载荷信息，通过所述无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

所述位姿数据与数据记录仪板卡分别与所述飞控分系统和具有同步脉冲输出方式的载荷设备连接，所述位姿数据与数据记录仪板卡用于将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述分系统信息和载荷信息，通过所述无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站。

优选的，CAN总线与1533B总线数据板卡与具有CAN总线通信方式或具有1533B总线通信方式的载荷设备连接，所述CAN总线与1533B总线数据板卡用于将载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述载荷信息，通过所述无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站；

所述以太网数据板卡与具有TCP/IP协议通信方式的载荷设备连接，所述以太网数据板卡用于将所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述载荷信息，通过所述无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站。

优选的，所述电源板卡通过连接总线为所述主控板卡和多个功能板卡提供电源，所述异步串口数据板卡将所述地面板卡信息通过所述连接总线传输至所述主控板卡，所述主控板卡将每个功能板卡的控制信息通过所述连接总线传输至将所述功能板卡。

优选的，所述插槽上设有底板电源连接器，所述端板上设有外部电源连接器，所述电源板卡包括反极性保护模块、电磁干扰滤波模块、电压转换模块、总线滤波模块，所述反极性保护模块分别与所述外部电源连接器和电磁干扰滤波模块连接，所述电磁干扰滤波模块分别所述与反极性保护模块和电压转换模块连接，所述电压转换模块和总线滤波模块均与所述底板电源连接器连接；所述主控板卡包括第一控制器、第一数据处理器、动态随机存取存储器、数据存储器、随机访问存储器、时钟模块和LED状态指示模块，所述第一控制器分别与所述第一数据处理器、动态随机存取存储器和数据存储器连接，所述第一数据处理器分别与所述第一控制器、随机访问存储器、时钟模块LED、状态指示模块和所述板卡插槽的连接总线连接。

优选的，所述异步串口数据板卡包括第二控制器、第二数据处理器、隔离模块和驱动模块，所述第二控制器与所述第二数据处理器连接，所述第二数据处理器分别与所述第二控制器和隔离模块连接，所述隔离模块分别与所述第二数据处理器和驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述隔离模块和所述板卡插槽的连接总线连接；所述同步串口数据板卡包括第三控制器、第三数据处理器、驱动模块和缓存模块，所述第三控制器与所述第三数据处理器连接，所述第三数据处理器分别与所述第三控制器、驱动模块和缓存模块连接，所述驱动模块分别与所述第三数据处理器和所述板卡插槽的连接总线连接。

优选的，所述多个载荷设备包括光电成像设备、相机、雷达、语音电台、通信基站和应答机中的至少两个。

本发明的有益效果在于：本发明的无人机机载数据管理系统不仅满足通用无人机的数据管理的需求，还能通过功能板卡与载荷系统的各载荷设备进行数据的交互，由于各功能板卡相互独立，所以当个别板卡在使用过程中故障，不会影响到其他板卡正常工作，保证总体运行的可靠性和稳定性高，实现载荷数据的管理。

本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的结构框图图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的机载数据管理计算机组成示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的电源板卡结构示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的主控板卡结构示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的主控板卡运行流程图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的异步串口数据板卡结构示意图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的异步串口数据板卡运行流程图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的同步串口数据板卡结构示意图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的视频数据板卡结构示意图。

图10示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的位姿数据与数据记录仪板卡结构示意图。

图11示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的数据管理示意图。

附图标记说明：

1、无线通信系统；2、地面指挥站；3、机载数据管理计算机；4、分系统；5、载荷设备；11、异步串口数据板卡；12、同步串口数据板卡；13、CAN总线数据板卡；14、以太网数据板卡；15、视频数据板卡；16、位姿数据与数据记录仪板卡；17、电源板卡；18、主控板卡。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一种无人机机载数据管理系统，包括：无线通信系统，无线通信系统与地面指挥站通信连接；机载数据管理计算机，机载数据管理计算机包括多个功能板卡，功能板卡分别与无线通信系统、无人机的多个分系统和多个载荷设备连接，功能板卡用于传输地面指挥站与多个分系统及多个载荷设备之间的数据。

具体的，无人机机载数据管理计算机用于对无人机机载数据的统一管理。无人机机载数据管理计算机和无线通信系统连接，实现和地面指控站的数据交互；和无人机的各分系统连接，将来自无线通信系统的地面指挥站的遥控数据分发给无人机的各分系统，将来自各分系统的遥测数据合并发送至无线通信系统，进而传输至地面指挥站。机载数据管理系统与无人机的载荷分系统的各任务载荷设备连接，向载荷设备分发控制指令、位置信息、时间同步信号，回传载荷设备的状态信息和测绘数据至地面指挥站，对载荷进行协同管理。

根据示例性的实施方式，无人机机载数据管理系统不仅满足通用无人机的数据管理的需求，还能通过功能板卡与载荷系统的各载荷设备进行数据的交互，由于各功能板卡相互独立，所以当个别板卡在使用过程中故障，不会影响到其他板卡正常工作，保证总体运行的可靠性和稳定性高，实现载荷数据的管理。

作为优选方案，多个功能板卡包括异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线与1533B总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡和位姿数据与数据记录仪板卡；多个分系统包括飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统和链路分系统。

无人机机载数据管理计算机具有电源板卡、主控板卡和多个功能板卡，功能板卡包括异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡和位姿数据与数据记录仪板卡。异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线与1533B总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡、位姿数据与数据记录仪板卡为功能板卡。

异步串口数据板卡实现多路异步串口收发，该板卡接收来自无线通信系统的遥控数据，根据标识识别各分系统的遥控指令，进行分发；将各分系统的异步遥测数据合并打包，发送至无线通信系统。每通道输入和输出都包含隔离模块，可选RS232或RS422模式。

同步串口数据板卡实现多路同步RS422串口数据的收发和处理，该板卡可同时接收多路同步数据，可合并多路同步数据，可实时切换输出端口的数据源。

CAN总线与1553B总线数据板卡实现多路CAN总线、1553B总线数据的收发和处理，可将CAN协议消息转化为异步串口数据、可将异步串口数据转化为CAN协议消息输出，可将1553B协议消息转化为异步串口数据、可将异步串口数据转化为1553B协议消息输出。

以太网数据板卡实现多路以太网数据的收发和处理，该板卡采用TCP/IP协议，可转化低速异步数据、高速同步数据、视频数据转为以太网接收和输出。

视频数据板卡可对模拟视频(PAL格式)进行数字视频(SDI)的转换，可提供多组数字视频输入信号的输出切换，可提供两路数字视频信号复合输出，可根据链路带宽对视频进行压缩。实现对视频信号的集中管理和灵活使用。

位姿数据与数据记录仪板卡具有多方面的功能：PPS秒脉冲的检测和转发(同步授时)、位姿数据的接收与分发、数据记录。

作为优选方案，异步串口数据板卡通过所述无线通信系统接收地面指挥站的地面信息，地面信息包括地面分系统信息和地面板卡信息，异步串口数据板卡分别与无线通信系统、飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统、链路分系统和具有异步串口通信方式的载荷设备连接；异步串口数据板卡用于将地面分系统信息传输至分系统，并将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至无线通信系统，通过无线通信系统传输至地面指挥站。

异步串口通信板卡通过异步串口通信与飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统、链路分系统进行数据交互，并通过无线通信系统接收地面指挥站的信息，将地面指挥站的信息分发至各分系统，将各分系统的数据合并打包通过无线通信系统传回至地面指挥站。

异步串口通信板卡与具有异步串口通信方式的载荷设备连接，实现各载荷设备的数据与地面指挥站数据的交互。

作为优选方案，同步串口数据板卡分别与链路分系统和具有同步串口通信方式的载荷设备连接，同步串口数据板卡用于将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收分系统信息和载荷信息，通过无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

视频数据板卡分别与飞控分系统、链路分系统和具有串行数字通信方式的载荷设备连接，视频数据板卡用于将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收分系统信息和载荷信息，通过无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

位姿数据与数据记录仪板卡分别与飞控分系统和具有同步脉冲输出方式的载荷设备连接，位姿数据与数据记录仪板卡用于将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收分系统信息和载荷信息，通过无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站。

具体的，同步串口通信板卡与具有同步串口通信方式的载荷设备和链路分系统连接，将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线上，通过异步串口板卡通过连接总线接收该分系统信息和载荷信息，再通过无线传输模块传输至地面指挥站。

具体的，姿数据与数据记录仪板卡与具有具有同步脉冲输出方式的载荷设备和飞控分系统连接，将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线上，通过异步串口板卡通过连接总线接收该分系统信息和载荷信息，再通过无线传输模块传输至地面指挥站。

作为优选方案，CAN总线与1533B总线数据板卡与具有CAN总线通信方式或具有1533B总线通信方式的载荷设备连接，CAN总线与1533B总线数据板卡用于将载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收载荷信息，通过无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站；

以太网数据板卡与具有TCP/IP协议通信方式的载荷设备连接，以太网数据板卡用于将载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收载荷信息，通过无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站。

具体的，CAN总线与1553B总线数据板卡实现多路CAN总线、1553B总线数据的收发和处理，可将CAN协议消息转化为异步串口数据、可将异步串口数据转化为CAN协议消息输出，可将1553B协议消息转化为异步串口数据、可将异步串口数据转化为1553B协议消息输出。以太网数据板卡与具有TCP/IP协议通信方式的载荷设备连接，将载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线上，通过异步串口板卡通过连接总线接收该载荷信息，再通过无线传输模块传输至地面指挥站。

作为优选方案，机载数据管理计算机还包括底板、电源板卡、主控板卡和端板，电源板卡、主控板卡和多个功能板卡具有相同的外形结构和电气接口，底板上具有多个相同的板卡插槽，每个板卡底部均设有与板卡插槽对应的插头，每个板卡分别通过插头插设于一个板卡插槽上，端板具有连接器，每个板卡分别通过连接器与对应的分系统设备和/或载荷设备连接；底板上设有连接多个板卡插槽的连接总线，多个板卡之间通过连接总线进行数据交互。

无人机机载数据管理计算机具有电源板卡、主控板卡、异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡、位姿数据与数据记录仪板卡。其中，异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡、位姿数据与数据记录仪板卡为功能板卡。各板卡采用统一的外形结构和电气接口，没有固定的安装顺序，可灵活插拔，任意排序。无人机机载数据管理计算机可根据具体项目选择添加或除去某些功能板卡。无人机机载数据管理计算机采用刀片状插拔式板卡，所有板卡通过计算机机箱底部的总线连接，实现内部数据交互；所有板卡通过插板端面的连接器与其它设备连接，实现外部数据交互。

各板卡采用统一的外形结构和电气接口，没有固定的安装顺序要求，可任意排布板卡的顺序，可根据项目的需求添加和去除功能板卡，使用的灵活性很高。无人机机载数据管理计算机采用刀片状插拔式板卡，所有板卡通过计算机底部的总线连接，实现内部数据交互；所有板卡通过插板端面的连接器与其它设备连接，实现外部数据交互。

电源板卡对整个计算机的电源输入/输出进行集中配置。电源板卡对输入电源进行滤波和电压转换后提供给计算机内各板卡使用。电源板卡的输入电源电压为+28V DC，输出+3.3V、+5V、+12V和+28V。

主控板卡接收遥控指令控制其他板卡运行，统计其他板卡的运行状态，记录工作日志，保存配置信息，合成、转化数据。主控板卡通过总线与其他板卡进行数据传输。

作为优选方案，电源板卡通过连接总线为主控板卡和多个功能板卡提供电源，异步串口数据板卡将地面板卡信息通过连接总线传输至主控板卡，主控板卡将每个功能板卡的控制信息通过连接总线传输至将功能板卡。

具体的，异步串口数据板卡将来自地面指挥站的关于板卡的地面板卡信息通过连接总线传输至主控板卡，主控板卡根据表示将信息发送至总线上，使得对应的功能板卡接收。

作为优选方案，插槽上设有底板电源连接器，端板上设有外部电源连接器，电源板卡包括反极性保护模块、电磁干扰滤波模块、电压转换模块、总线滤波模块，反极性保护模块分别与外部电源连接器和电磁干扰滤波模块连接，电磁干扰滤波模块分别与反极性保护模块和电压转换模块连接，电压转换模块和总线滤波模块均与底板电源连接器连接；主控板卡包括第一控制器、第一数据处理器、动态随机存取存储器、数据存储器、随机访问存储器、时钟模块和LED状态指示模块，第一控制器分别与第一数据处理器、动态随机存取存储器和数据存储器连接，第一数据处理器分别与第一控制器、随机访问存储器、时钟模块LED、状态指示模块和板卡插槽的连接总线连接。

电源板卡对整个计算机的电源输入/输出进行集中配置。电源板卡对输入电源进行滤波和电压转换后提供给计算机内各板卡使用。电源板卡的输入电源电压为+27V DC，输出+3.3V、+5V、+12V和+27V。电源板卡由反极性保护模块、EMI滤波模块、电压转换模块、总线滤波模块组成。

反极性保护模块的主要器件是二极管，用于对EMI滤波电路和电压转化模块的反极性保护，防止在使用过程中，将输入电源极性接反导致电路板损毁。EMI滤波模块和电压转换模块的外壳相连，另在适当的位置添加滤波电容，消除干扰。电压转换模块将滤波后的电能输入转化为+3.3V、+5V和+12V，供其他板卡使用。无人机机载数据管理计算机的内部使用并行总线，并行总线的驱动受限制，总线滤波模块可提高ISA总线数据读写的可靠性。

主控板卡接收遥控指令控制其他板卡运行，统计其他板卡的运行状态，记录工作日志，保存配置信息。主控板卡采用嵌入式处理器，外扩了DRAM、NOR Flash和NVRAM存储器。DRAM用于扩展内存，加快运行速度。NOR Flash用于存储操作系统、运行程序。NVRAM用于存储工作日志和配置参数。此外，主控板卡还具有RTC实时时钟模块和LED状态指示模块。在计算机内部，通过ISA总线与其他板卡进行数据传输；在计算机外部，通过LAN HUB下载程序和传输文件，通过RS232输入操作指令和输出状态信息。

主控板卡基于嵌入式操作系统，使用FTP下载程序。主控板卡的软件运行流程如下：程序开始运行后，输出启动信息，初始化外围设备，动态创建主要的对象，注册数据帧订阅对象，创建子任务(子任务包括：记录工作日志、读取各板卡运行状态、接收数据板卡发送的数据、处理数据、向指定的板卡发送数据等)，之后持续执行各个子任务，直到收到结束指令，收到结束指令后动态回收创建的各个对象，结束。

作为优选方案，异步串口数据板卡包括第二控制器、第二数据处理器、隔离模块和驱动模块，第二控制器与第二数据处理器连接，第二数据处理器分别与第二控制器和隔离模块连接，隔离模块分别与第二数据处理器和驱动模块连接，驱动模块分别与隔离模块和板卡插槽的连接总线连接；同步串口数据板卡包括第三控制器、第三数据处理器、驱动模块和缓存模块，第三控制器与第三数据处理器连接，第三数据处理器分别与第三控制器、驱动模块和缓存模块连接，驱动模块分别与第三数据处理器和板卡插槽的连接总线连接。

异步串口数据板卡实现多路异步串口收发，该板卡接收来自无线通信终端的遥控数据，根据标识识别各分系统的遥控指令，进行分发；各分系统的异步遥测数据，将其合并打包，发送至无线通信终端。每通道输入和输出都包含隔离模块，可选RS232或RS422模式。该实例中，异步板卡包括16通道异步串口，每个通道都具有接收和发送数据的功能，通过板卡跳线配置模式(RS232/RS422)。

异步串口数据板卡包含处理器模块、FPGA接口转化模块、隔离模块、驱动模块。处理器对数据的进行读取、发送和处理，FPGA连接处理器和隔离模块，实现电平转化。

控制信号和低速遥测均采用异步串口传输。处理器从数据终端的接口读出遥控信号，分发至各载荷或分系统；处理器从各载荷或分系统的接口读取低速遥测信息，合成并打包发送至数据终端接口；部分数据存在相互交联，由处理器按既定步骤处理后，发送至指定端口；异步串口数据板卡从ISA总线端读取经过CPU板卡处理的数据。

同步串口数据板卡实现多路同步RS422串口数据的收发和处理，该板卡可同时接收多路同步数据，可合并多路同步数据，可实时切换输出端口的数据源。在该实例中，该板卡可同时接收8路同步数据，发送4路同步数据。发送的数据可从接收的任意一路原始数据中选择，可以任意选择2～4路原始数据进行合成输出，也可选择主控板卡输出的同步数据。来自太网数据板卡、或CAN数据板卡的数据，经过主控板卡处理，通过内部总线传输至同步串口数据板卡。

同步串口数据板卡包含处理器模块、FPGA接口转化模块、隔离模块、驱动模块。处理器模块选用DSP架构处理器，进行数据的读取、发送和处理，FPGA连接处理器和隔离模块，实现电平转化和通道切换(输出信号的数据源)功能。缓存模块用于存储来自主控板卡生成的待发送同步数据。

CAN总线与1553B总线数据板卡实现多路CAN总线、1553B总线数据的收发和处理，可将CAN协议消息转化为异步串口数据、可将异步串口数据转化为CAN协议消息输出，可将1553B协议消息转化为异步串口数据、可将异步串口数据转化为1553B协议消息输出。

以太网数据板卡实现多路以太网数据的收发和处理，该板卡采用TCP/IP协议，可转化低速异步数据、高速同步数据、视频数据转为以太网数据接收和输出。

视频数据板卡可对模拟视频(PAL格式)进行数字视频(SDI格式)的转换，可提供多组数字视频输入信号的输出切换，可提供两路数字视频信号复合输出。实现对视频信号的集中管理和灵活使用。在该实例中，该板卡可同时接收4路模拟视频数据(PAL格式)和4路数字视频数据(SDI格式)，发送4路数字视频数据(SDI格式)。发送的数据可从接收的任意一路原始数据中选择，可以选择单路或双路原始数据进行压缩、合成(双路)与输出。

视频数据板卡包括视频格式转化模块、视频压缩与合成模块、视频切换模块等。视频格式转化模块的主要组成为模拟视频解码芯片和FPGA，视频格式转化模块将PAL格式的模拟视频信号转化为SDI格式的数字视频信号；视频压缩与合成模块采用DSP处理器完成数字视频的压缩与合并，；控制视频切换模块选用高速差分信号矩阵芯片切换输出；DSP处理器不仅处理视频压缩与合成，同时接收来自ISA总线的指令，控制视频切换模块选择输出信号的视频源和视频压缩率。

位姿数据与数据记录仪板卡具有多方面的功能：惯导数据分发、PPS秒脉冲的检测和转发(同步授时)、数据记录。在该实例中，该板卡可接收1路PPS秒脉冲，分8路转发；可接收1路惯导的位姿数据，分8路转发；可通过异步串口接收数据进行存储，存储后，可通过USB接口读出记录。

位姿数据与数据记录仪板卡由FPGA、异步串口驱动模块、脉冲信号隔离模块(隔离芯片组成)、集成数据记录仪组成。FPGA对所接收到的异步422惯导数据自动转发，无需解析其波特率、数据位、停止位和校验位。

作为优选方案，多个载荷设备包括光电成像设备、相机、雷达、语音电台、通信基站和应答机中的至少两个。

具体的，载荷设备根据需要自行安装，将载荷设备与该载荷设备有相同通信协议的功能板卡连接。

实施例

图1示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的结构框图图。图2示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的机载数据管理计算机组成示意图。图3示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的电源板卡结构示意图。图4示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的主控板卡结构示意图。图5示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的主控板卡运行流程图。图6示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的异步串口数据板卡结构示意图。图7示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的异步串口数据板卡运行流程图。图8示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的同步串口数据板卡结构示意图。图9示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的视频数据板卡结构示意图。图10示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的位姿数据与数据记录仪板卡结构示意图。图11示出了根据本发明的一个实施例的无人机机载数据管理系统的数据管理示意图。

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，该无人机机载数据管理系统，包括：无线通信系统，无线通信系统与地面指挥站通信连接；机载数据管理计算机，机载数据管理计算机包括多个功能板卡，功能板卡分别与无线通信系统、无人机的多个分系统和多个载荷设备连接，功能板卡用于传输地面指挥站与多个分系统及多个载荷设备之间的数据。

其中，多个功能板卡包括异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线与1533B总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡和位姿数据与数据记录仪板卡；多个分系统包括飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统和链路分系统。

其中，机载数据管理计算机还包括底板、电源板卡、主控板卡和端板，电源板卡、主控板卡和多个功能板卡具有相同的外形结构和电气接口，底板上具有多个相同的板卡插槽，每个板卡底部均设有与板卡插槽对应的插头，每个板卡分别通过插头插设于一个板卡插槽上，端板具有连接器，每个板卡分别通过连接器与对应的分系统设备和/或载荷设备连接；底板上设有连接多个板卡插槽的连接总线，多个板卡之间通过连接总线进行数据交互。

其中，异步串口数据板卡通过所述无线通信系统接收地面指挥站的地面信息，地面信息包括地面分系统信息和地面板卡信息，异步串口数据板卡分别与无线通信系统、飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统、链路分系统和具有异步串口通信方式的载荷设备连接；异步串口数据板卡用于将地面分系统信息传输至分系统，并将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至无线通信系统，通过无线通信系统传输至地面指挥站。

其中，同步串口数据板卡分别与链路分系统和具有同步串口通信方式的载荷设备连接，同步串口数据板卡用于将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收分系统信息和载荷信息，通过无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

视频数据板卡分别与飞控分系统、链路分系统和具有串行数字通信方式的载荷设备连接，视频数据板卡用于将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收分系统信息和载荷信息，通过无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

位姿数据与数据记录仪板卡分别与飞控分系统和具有同步脉冲输出方式的载荷设备连接，位姿数据与数据记录仪板卡用于将分系统采集的分系统信息和载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收分系统信息和载荷信息，通过无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站。

其中，CAN总线与1533B总线数据板卡与具有CAN总线通信方式或具有1533B总线通信方式的载荷设备连接，CAN总线与1533B总线数据板卡用于将载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收载荷信息，通过无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站；

以太网数据板卡与具有TCP/IP协议通信方式的载荷设备连接，以太网数据板卡用于将载荷设备采集的载荷信息传输至连接总线，以供异步串口数据板卡通过连接总线接收载荷信息，通过无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站。

其中，电源板卡通过连接总线为主控板卡和多个功能板卡提供电源，异步串口数据板卡将地面板卡信息通过连接总线传输至主控板卡，主控板卡将每个功能板卡的控制信息通过连接总线传输至将功能板卡。

其中，插槽上设有底板电源连接器，端板上设有外部电源连接器，电源板卡包括反极性保护模块、电磁干扰滤波模块、电压转换模块、总线滤波模块，反极性保护模块分别与外部电源连接器和电磁干扰滤波模块连接，电磁干扰滤波模块分别与反极性保护模块和电压转换模块连接，电压转换模块和总线滤波模块均与底板电源连接器连接；主控板卡包括第一控制器、第一数据处理器、动态随机存取存储器、数据存储器、随机访问存储器、时钟模块和LED状态指示模块，第一控制器分别与第一数据处理器、动态随机存取存储器和数据存储器连接，第一数据处理器分别与第一控制器、随机访问存储器、时钟模块LED、状态指示模块和板卡插槽的连接总线连接。

其中，异步串口数据板卡包括第二控制器、第二数据处理器、隔离模块和驱动模块，第二控制器与第二数据处理器连接，第二数据处理器分别与第二控制器和隔离模块连接，隔离模块分别与第二数据处理器和驱动模块连接，驱动模块分别与隔离模块和板卡插槽的连接总线连接；同步串口数据板卡包括第三控制器、第三数据处理器、驱动模块和缓存模块，第三控制器与第三数据处理器连接，第三数据处理器分别与第三控制器、驱动模块和缓存模块连接，驱动模块分别与第三数据处理器和板卡插槽的连接总线连接。

其中，多个载荷设备包括光电成像设备、相机、雷达、语音电台、通信基站和应答机中的至少两个。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种无人机机载数据管理系统，其特征在于，包括：

无线通信系统，所述无线通信系统与地面指挥站通信连接；

机载数据管理计算机，所述机载数据管理计算机包括多个功能板卡，所述功能板卡与所述无线通信系统、无人机的多个分系统和多个载荷设备连接，所述功能板卡用于传输所述地面指挥站与多个分系统及多个载荷设备之间的数据。

2.根据权利要求1所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述多个功能板卡包括异步串口数据板卡、同步串口数据板卡、CAN总线与1533B总线数据板卡、以太网数据板卡、视频数据板卡和位姿数据与数据记录仪板卡；

所述多个分系统包括飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统和链路分系统。

3.根据权利要求2所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述机载数据管理计算机还包括底板、电源板卡、主控板卡和端板，电源板卡、主控板卡和多个功能板卡具有相同的外形结构和电气接口，所述底板上具有多个相同的板卡插槽，每个板卡底部均设有与所述板卡插槽对应的插头，每个所述板卡分别通过所述插头插设于一个所述板卡插槽上，所述端板具有连接器，每个板卡分别通过所述连接器与对应的分系统和/或载荷设备连接；所述底板上设有连接多个所述板卡插槽的连接总线，多个所述板卡之间通过所述连接总线进行数据交互。(权5-8有板卡通过总线的交互)。

4.根据权利要求3所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述异步串口数据板卡通过所述无线通信系统接收所述地面指挥站的地面信息，所述地面信息包括地面分系统信息和地面板卡信息，所述异步串口数据板卡分别与所述无线通信系统、飞控分系统、电气分系统、动力分系统、起落架分系统、燃油分系统、环控分系统、链路分系统和具有异步串口通信方式的载荷设备连接；

所述异步串口数据板卡用于将所述地面分系统信息传输至所述分系统，并将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述无线通信系统，通过所述无线通信系统传输至地面指挥站。

5.根据权利要求3所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述同步串口数据板卡分别与所述链路分系统和具有同步串口通信方式的载荷设备连接，所述同步串口数据板卡用于将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述分系统信息和载荷信息，通过所述无线通信系统将分系统信息和所述载荷信息传输至地面指挥站；

所述视频数据板卡分别与所述飞控分系统、链路分系统和具有串行数字通信方式的载荷设备连接，所述视频数据板卡用于将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述分系统信息和载荷信息，通过所述无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站；

所述位姿数据与数据记录仪板卡分别与所述飞控分系统和具有同步脉冲输出方式的载荷设备连接，所述位姿数据与数据记录仪板卡用于将所述分系统采集的分系统信息和所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述分系统信息和载荷信息，通过所述无线通信系统将分系统信息和载荷信息传输至地面指挥站。

6.根据权利要求3所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述CAN总线与1533B总线数据板卡与具有CAN总线通信方式或具有1533B总线通信方式的载荷设备连接，所述CAN总线与1533B总线数据板卡用于将载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述载荷信息，通过所述无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站；

所述以太网数据板卡与具有TCP/IP协议通信方式的载荷设备连接，所述以太网数据板卡用于将所述载荷设备采集的载荷信息传输至所述连接总线，以供所述异步串口数据板卡通过所述连接总线接收所述载荷信息，通过所述无线通信系统将载荷信息传输至地面指挥站。

7.根据权利要求6所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，还包括，所述电源板卡通过连接总线为所述主控板卡和多个功能板卡提供电源，所述异步串口数据板卡将所述地面板卡信息通过所述连接总线传输至所述主控板卡，所述主控板卡将每个功能板卡的控制信息通过所述连接总线传输至将所述功能板卡。

8.根据权利要求2所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述插槽上设有底板电源连接器，所述端板上设有外部电源连接器，所述电源板卡包括反极性保护模块、电磁干扰滤波模块、电压转换模块、总线滤波模块，所述反极性保护模块分别与所述外部电源连接器和电磁干扰滤波模块连接，所述电磁干扰滤波模块分别所述与反极性保护模块和电压转换模块连接，所述电压转换模块和总线滤波模块均与所述底板电源连接器连接；

所述主控板卡包括第一控制器、第一数据处理器、动态随机存取存储器、数据存储器、随机访问存储器、时钟模块和LED状态指示模块，所述第一控制器分别与所述第一数据处理器、动态随机存取存储器和数据存储器连接，所述第一数据处理器分别与所述第一控制器、随机访问存储器、时钟模块LED、状态指示模块和所述板卡插槽的连接总线连接。

9.根据权利要求2所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述异步串口数据板卡包括第二控制器、第二数据处理器、隔离模块和驱动模块，所述第二控制器与所述第二数据处理器连接，所述第二数据处理器分别与所述第二控制器和隔离模块连接，所述隔离模块分别与所述第二数据处理器和驱动模块连接，所述驱动模块分别与所述隔离模块和所述板卡插槽的连接总线连接

所述同步串口数据板卡包括第三控制器、第三数据处理器、驱动模块和缓存模块，所述第三控制器与所述第三数据处理器连接，所述第三数据处理器分别与所述第三控制器、驱动模块和缓存模块连接，所述驱动模块分别与所述第三数据处理器和所述板卡插槽的连接总线连接。

10.根据权利要求3所述的无人机机载数据管理系统，其特征在于，所述多个载荷设备包括光电成像设备、相机、雷达、语音电台、通信基站和应答机中的至少两个。

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