CN113922862B - 一种无人机综合任务管控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机综合任务管控系统，包括：任务计算机，任务计算机包括被配置为运行非实时操作系统的机载任务计算机和地面任务计算机，任务计算机通过预设接口与各传感器连接；任务数据记录仪，任务数据记录仪包括被配置为运行实时操作系统的机载任务数据记录仪和地面任务数据记录仪；机载任务计算机与机载任务数据记录仪之间通过机载数据网络通信，地面任务计算机与地面任务数据记录仪之间通过地面数据网络通信，地面数据网络上还连接有若干地面显控计算机，各地面显控计算机配置有无人机综合任务管控系统软件。本公开的任务管控系统极大提高了数据传输管控以及传感器协同的运行能力。

Description

一种无人机综合任务管控系统
技术领域
本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机综合任务管控系统。
背景技术
随着对无人机系统多任务能力需求的提出，无人机上出现同时集成多种传感器载荷，现有无人机系统通常通过任务管理模块或单元为中心节点，实现对载荷遥测遥控数据的交换，各载荷的管理控制则由载荷自身主控单元完成。
当前多载荷无人机可利用任务管理模块实现对载荷数据的传输，可低效地处理一些输入数据(如识别并分发地面站的各传感器遥控指令)，不具备对大量数据处理的能力，限制了多传感器协同管控能力、多源探测数据融合和综合显示等能力的实现，在一定程度上限制了多传感器探测优势的发挥。
发明内容
本发明实施例提供一种无人机综合任务管控系统，解决多载荷无人机任务载荷集成和对大量的多种任务载荷数据实时或非实时处理的需求。
本公开的实施例提出一种无人机综合任务管控系统，包括：
任务计算机，所述任务计算机包括被配置为运行非实时操作系统的机载任务计算机和地面任务计算机，所述任务计算机通过预设接口与各传感器连接；
任务数据记录仪，所述任务数据记录仪包括被配置为运行实时操作系统的机载任务数据记录仪和地面任务数据记录仪；
所述机载任务计算机与所述机载任务数据记录仪之间通过机载数据网络通信，所述地面任务计算机与所述地面任务数据记录仪之间通过地面数据网络通信，所述机载数据网络与所述地面数据网络之间通过测控链信道通信；
所述机载任务计算机还通过所述机载数据网络与若干主控计算机连接，各主控计算机连接至对应的传感器分系统，以实现控制指令的下发和传感数据的获取；
所述任务计算机还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于对获取的传感数据进行数据处理；
所述地面数据网络上还连接有若干地面显控计算机，各地面显控计算机配置有无人机综合任务管控系统软件。
在一些实施例中，所述传感器分系统包括若干机载传感器，所述任务计算机还包括存储管理模块，被配置为通过预设接口与机载传感器进行通信；以及
在接收数据的情况下，对所述机载传感器发送的数据进行解析，并根据解析获得的数据的特征字段进行对应的存储；
在读取数据的情况下，根据数据读取指令到相应的位置获取数据，并预设接口进行数据发送。
在一些实施例中，所述无人机综合任务管控系统软件包括操作系统层，中间件服务软件和交互层；
所述操作系统层作为软件运行的基础；
所述中间服务层软件被配置为与所述操作系统层进行适配；以及提供支撑系统功能实现的各类共性服务；
所述交互层被配置为基于显控集成框架，为各分系统提供人机交互界面。
在一些实施例中，所述中间服务层软件所提供的共性服务包括如下中的一种或多种：时空基准、软件监控与恢复、系统自检、数据库访问、坐标转换、系统任务管理、系统监控、设备主控和情报综合。
在一些实施例中，所述无人机综合任务管控系统软件的工作流程包括：
接收由机载惯导系统发布的导航信息和第一时间信息、NTP时间服务器发布的第二时间信息；
基于所述导航、所述第一时间信息和所述第二时间信息，建立并发布系统时空基准；
接收各分系统发送的设备运行状态信息，基于各分系统的设备运行状态信息对载荷资源进行管理。
在一些实施例中，所述无人机综合任务管控系统软件的工作流程还包括：
接收各分系统发送的传感器数据，以及各分系统通过周期自检形成的自检结果；
基于各分系统的传感器数据以及自检结果生成自检报告；
输出所述自检报告。
在一些实施例中，所述系统时空基准包括系统时间基准、系统位置基准和系统坐标基准。
在一些实施例中，通过显控界面对进行系统信息显示。
本发明实施例通过搭建包括任务计算机以及任务数据记录仪的数据网络，解决了多载荷无人机任务载荷集成和对大量的多种任务载荷数据实时或非实时处理的需求，同时机载任务计算机还通过机载数据网络与若干主控计算机连接，各主控计算机连接至对应的传感器分系统，以实现控制指令的下发和传感数据的获取。由此极大提高了数据传输管控以及传感器协同的运行能力。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本公开实施例无人机综合任务管控系统的基本结构示意图。
图2示出了本公开实施例无人机综合任务管控系统的软件架构。
图3示出了本公开实施例无人机综合任务管控系统的工作流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本公开的实施例提出一种无人机综合任务管控系统，如图1所示，包括：
任务计算机，所述任务计算机包括被配置为运行非实时操作系统的机载任务计算机和地面任务计算机，所述任务计算机通过预设接口与各传感器连接。
任务数据记录仪，所述任务数据记录仪包括被配置为运行实时操作系统的机载任务数据记录仪和地面任务数据记录仪。也即本示例中通过任务计算机运行非实时操作系统，而通过任务数据记录仪运行实时操作系统，由此能够提高综合任务管控系统的运行效率，同时能够有针对性的对数据进行监控。本示例中，任务计算机可以由电源模块将设备外部供电进行转换(通常为DC-DC)，以满足内部模块的供电需求，并为其他模块提供电源输入(可以是标准6V、12V、24V、36V、42V等，也可以是非标准的28V等)。其中，任务计算机可以通过预设接口模块与机载传感器连接，形成以任务计算机为核心节点的网络，各传感器分系统通过任务计算机的接口模块进行信息的交换。如图1所示，各传感分系统可以包括传感器以及主控计算机，主控计算机是各传感器分系统的处理核心，各主控计算机可以完成对该传感器的探测信号进行信号处理、信息收发和传感器控制等功能。接口模块类型包括但不限于USB、RS422、HD-SDI、ACINC429、1553B、CameraLink、以太网等，机载传感器可根据带宽、延迟、吞吐量等需求选择不同接口类型和数量。例如，在传输控制指令时，对带宽需求低，可选择低带宽接口(如RS422、ACINC429等)。在传输传感器探测数据或图像数据时，对带宽需求高，可选择高带宽接口(如CameraLink、HD-SDI、以太网等)。
如图1所示，本实施例中，机载任务计算机与所述机载任务数据记录仪之间通过机载数据网络通信，所述地面任务计算机与所述地面任务数据记录仪之间通过地面数据网络通信，所述机载数据网络与所述地面数据网络之间通过测控链信道通信。
所述机载任务计算机还可以通过所述机载数据网络与若干主控计算机连接，各主控计算机连接至对应的传感器分系统，以实现控制指令的下发和传感数据的获取。如图1所示地面数据网络上还可以连接若干地面显控计算机，各地面显控计算机配置有无人机综合任务管控系统显控软件，实现态势显示和人机交互。
所述任务计算机还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于对获取的传感数据进行数据处理。例如数据处理模块可以完成定点、浮点处理，在各传感器信号处理结果基础上进行点迹处理、航迹处理、数字滤波、目标分类识别等处理，数据处理模块可以采用通用CPU实现。
任务计算机通过智能处理模块提供基于深度学习等技术的智能处理功能，主要涉及任务动态规划、图像识别等功能，任务计算机可以采用CPU+GPU的协同计算组合，解决智能处理过程中需要的大量数据运算需求。
本发明实施例通过搭建包括任务计算机以及任务数据记录仪的数据网络，解决了多载荷无人机任务载荷集成和对大量的多种任务载荷数据实时或非实时处理的需求，同时机载任务计算机还通过机载数据网络与若干主控计算机连接，各主控计算机连接至对应的传感器分系统，以实现控制指令的下发和传感数据的获取。由此极大提高了数据传输管控以及传感器协同的运行能力。
在一些实施例中，所述传感器分系统包括若干机载传感器，所述任务计算机还包括存储管理模块，被配置为通过预设接口与机载传感器进行通信；以及在接收数据的情况下，对所述机载传感器发送的数据进行解析，并根据解析获得的数据的特征字段进行对应的存储；在读取数据的情况下，根据数据读取指令到相应的位置获取数据，并预设接口进行数据发送。
也即本实施例中，任务计算机还可以包括存储管理模块通过接口模块与机载传感器实现数据通信。例如在接收数据时，存储管理模块可以根据不同的应用场景，负责把外部数据封装进行解析，根据数据的特征字段发送到对应的存储模块中。在读取数据时，根据指令到相应的位置获取数据，通过接口模块向外传输。
在一些实施例中，所述无人机综合任务管控系统软件包括操作系统层，中间件服务软件和交互层；所述操作系统层作为软件运行的基础；所述中间服务层软件被配置为与所述操作系统层进行适配；以及提供支撑系统功能实现的各类共性服务；所述交互层被配置为基于显控集成框架，为各分系统提供人机交互界面。
图2示出了本公开实施例无人机综合任务管控系统的软件架构，如图2所示，本示例中采用四层一库架构，包括操作系统层，中间件服务软件和交互层。在操作系统上层部署中间件服务软件，提供与底层操作系统的适配、传输服务、管理服务等。适配主要解决不同操作系统平台的差异性接口及协议，传输服务提供各软件功能组件间的数据传输功能管理，管理服务提供负载均衡服务，使得系统正常运行前提下，最大限度利用计算资源。中间件服务软件上的服务层提供支撑系统功能实现的各类共性服务，交互层则基于显控集成框架为各分系统提供人机交互界面。
本示例中，操作系统层是系统软件运行的基础，操作系统(OS)层可以提供进程线程管理、异常处理、中断处理、存储管理、虚拟通道管理、网络配置、安全管理、自测试管理、互斥管理、时钟管理等核心功能，为通信核心通信层提供操作系统服务。
本示例中，中间件服务软件是操作系统层的一个扩展，为上层软件提供包括通信服务、文件存取、参数控制、内存管理，以及辅助调试等系统功能，中间件服务软件实现了对操作系统的透明操作和系统之间的互连互通。
交互层可以基于显控集成框架技术，以全球地图为基础，具备军标、几何元素标绘的地理信息综合信息服务和标绘软件框架，采用进程和动态插件加载方式，提供包括矢量地图绘制、矢量图元标绘、地图操作、进程集成和资源管理、插件集成和管理、多通道人机交互和交互事件管理、量算、通信服务等功能。
存储管理模块还可以存储系统综合数据库，该系统综合数据库可以作为任务系统的信息存储中枢，是系统的公共信息中心和信息库，主要按需地为分系统提供数据与信息和故障后现场恢复支持。
在一些实施例中，所述中间服务层软件所提供的共性服务包括如下中的一种或多种：时空基准、软件监控与恢复、系统自检、数据库访问、坐标转换、系统任务管理、系统监控、设备主控和情报综合。
如图2所示，中间服务层软件可以用于提供反潜任务系统各种应用的共性功能，具体可以包括时空基准、软件监控与恢复、系统自检、数据库访问、坐标转换等基础服务。通过标准化定义与封装，以标准接口的形式为应用程序层提供系统所用的公共功能，解决应用的统一性和规范性问题。中间服务层软件还可以提供面向任务系统的特有服务，包括系统任务管理、系统监控、设备主控、情报综合等。
在一些实施例中，所述无人机综合任务管控系统软件的工作流程包括：接收由机载惯导系统发布的导航信息和第一时间信息、NTP时间服务器发布的第二时间信息；基于所述导航、所述第一时间信息和所述第二时间信息，建立并发布系统时空基准；接收各分系统发送的设备运行状态信息，基于各分系统的设备运行状态信息对载荷资源进行管理。
具体的说，基于前述主控计算机1-n分别属于传感器分系统1-n，传感器分系统1-n可以配置有多种类型或者用途的传感器，其中例如可以包括机载惯导系统(拥有自己的惯导主控计算机或者模块)。如图3所示，可以在步骤301：系统硬件上电开机、软件进程启动、读取加载本地配置文件等系统开机初始化。然后在步骤302中接收由机载惯导系统发布的导航和时间信息以及NTP时间服务器发布的时间信息，建立和发布包括系统时间基准、系统位置基准和系统坐标基准在内的系统时空基准。接着在步骤303中接收各分系统主控单元发送的各设备工作状态、健康状况、故障告警及故障数据等信息。继续在步骤304中对载荷资源进行管理，设置各分系统的工作模式和工作参数等，记录任务数据。
在一些实施例中，所述无人机综合任务管控系统软件的工作流程还包括：
接收各分系统发送的传感器数据，以及各分系统通过周期自检形成的自检结果；基于各分系统的传感器数据以及自检结果生成自检报告；输出所述自检报告。在一些实施例中，还可以通过显控界面对进行系统信息显示。
如图3所示，在步骤304之后，还可以在步骤305中接收各分系统发送的传感器数据，传感器数据包括但不限于电磁、图像、视频、声学等处理结果数据。进一步的还可以在步骤306中，接收各分系统通过周期自检形成的自检结果，处理后生成全系统自检报告结果。还可以在步骤307将系统处理的信息通过显控界面进行显示。例如可以将数据获取以及处理的整个过程进行显示，当然也可以将输出的内容进行显示，具体在此不做限定。最后在步骤308中可以在完成任务后，系统下载并保存任务过程中的各类数据，并退出软件，完成设备关机下电。在一些实施例中，所述系统时空基准包括系统时间基准、系统位置基准和系统坐标基准。
本公开实施例提出一种无人机多载荷综合任务管控系统，能够直接自顶向下设计出一套满足多种传感器高效协同工作的系统，并能使所设计的系统能够用于各类特种任务无人机的产品生产。
本公开的综合任务管理系统具有如下优点：
本公开的技术方案能够在特种任务无人机系统上集成多种传感器载荷，仅通过增加较小硬件单元，实现了对多种载荷的协同控制和管理。
本公开的技术方案解决了多传感器数据传输竞争的难题，最大限度利用有限测控链路带宽实现大量数据的高效传输。
本公开的技术方案解决了多载荷对处理资源的竞争难题，实现了针对不同传感器数据的处理能力。
本公开的技术方案使得最大限度发挥多传感器无人机的探测优势，并在实际项目中得到了应用验证。
本公开的技术方案能为开发其他综合数据处理系统提供解决思路，方案中的特定部分稍作调整可满足其他新系统的设计和生产。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种无人机综合任务管控系统，其特征在于，包括：
任务计算机，所述任务计算机包括被配置为运行非实时操作系统的机载任务计算机和地面任务计算机，所述任务计算机通过预设接口与各传感器连接；
任务数据记录仪，所述任务数据记录仪包括被配置为运行实时操作系统的机载任务数据记录仪和地面任务数据记录仪；
所述机载任务计算机与所述机载任务数据记录仪之间通过机载数据网络通信，所述地面任务计算机与所述地面任务数据记录仪之间通过地面数据网络通信，所述机载数据网络与所述地面数据网络之间通过测控链信道通信；
所述机载任务计算机还通过所述机载数据网络与若干主控计算机连接，各主控计算机连接至对应的传感器分系统，以实现控制指令的下发和传感数据的获取；
所述任务计算机还包括数据处理模块，所述数据处理模块用于对获取的传感数据进行数据处理；
所述地面数据网络上还连接有若干地面显控计算机，各地面显控计算机配置有无人机综合任务管控系统软件。
2.如权利要求1所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，所述传感器分系统包括若干机载传感器，所述任务计算机还包括存储管理模块，被配置为通过预设接口与机载传感器进行通信；以及
在接收数据的情况下，对所述机载传感器发送的数据进行解析，并根据解析获得的数据的特征字段进行对应的存储；
在读取数据的情况下，根据数据读取指令到相应的位置获取数据，并预设接口进行数据发送。
3.如权利要求1所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，所述无人机综合任务管控系统软件包括操作系统层，中间服务层软件和交互层；
所述操作系统层作为软件运行的基础；
所述中间服务层软件被配置为与所述操作系统层进行适配；以及提供支撑系统功能实现的各类共性服务；
所述交互层被配置为基于显控集成框架，为各分系统提供人机交互界面。
4.如权利要求3所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，所述中间服务层软件所提供的共性服务包括如下中的一种或多种：时空基准、软件监控与恢复、系统自检、数据库访问、坐标转换、系统任务管理、系统监控、设备主控和情报综合。
5.如权利要求3所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，所述无人机综合任务管控系统软件的工作流程包括：
接收由机载惯导系统发布的导航信息和第一时间信息、NTP时间服务器发布的第二时间信息；
基于所述导航、所述第一时间信息和所述第二时间信息，建立并发布系统时空基准；
接收各分系统发送的设备运行状态信息，基于各分系统的设备运行状态信息对载荷资源进行管理。
6.如权利要求5所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，所述无人机综合任务管控系统软件的工作流程还包括：
接收各分系统发送的传感器数据，以及各分系统通过周期自检形成的自检结果；
基于各分系统的传感器数据以及自检结果生成自检报告；
输出所述自检报告。
7.如权利要求5所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，所述系统时空基准包括系统时间基准、系统位置基准和系统坐标基准。
8.如权利要求5所述的无人机综合任务管控系统，其特征在于，通过显控界面对进行系统信息显示。
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