一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括接口層、處理層、用戶層三部分。接口層包括通信模塊和視頻采集模塊。處理層主要包含下行數(shù)據(jù)解析模塊和上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。用戶層具有飛艇姿態(tài)顯示，飛行軌跡顯示，數(shù)字顯示，儀表盤，飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，飛行記錄查詢與軌跡回放，視頻顯示、保存與回放，命令操作多個(gè)功能模塊。與傳統(tǒng)飛行控制人機(jī)交互系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的系統(tǒng)具有界面友好、操作簡單、功能完善、數(shù)據(jù)處理速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無人飛行器自動(dòng)控制領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明主要適用于無人飛艇飛行控制，是一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，飛艇飛行的艇載控制設(shè)備和早期的設(shè)備相比已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化?，F(xiàn)有的飛行控制交互軟件多使用傳統(tǒng)界面模式，交互性差，友好性低；功能單一，均不具有飛行姿態(tài)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示功能；且多數(shù)是為無人機(jī)飛行控制開發(fā)，不能很好地適用于新型飛艇的飛行控制，給實(shí)際操作帶來了諸多不便，影響了飛艇的研究進(jìn)展。
[0003]如南京航空航天大學(xué)宋淵碩士在其碩士論文《空中機(jī)器人自動(dòng)駕駛儀軟件及地面測(cè)控軟件的設(shè)計(jì)》中介紹了空中機(jī)器人地面站測(cè)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。專利號(hào)為201110147667.0的《一種無人器地面站遠(yuǎn)程操控裝置》介紹了基于GoogleEarth的地面站監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)獲取無人器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并通過GoogleEarth顯示無人器的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和運(yùn)行軌跡。這兩種地面站為通用無人飛行器設(shè)計(jì)，對(duì)于飛艇這種較為特殊的飛行器適用性較差，且《一種無人器地面站遠(yuǎn)程操控裝置》專利是基于GoogleEarth開發(fā)的，GoogleEarth需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交換，這就對(duì)飛艇飛行環(huán)境進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，使得地面站不能廣泛適用于野外飛行。王田苗、李曉宇等在《一種具有通用性無人飛艇飛行控制系統(tǒng)》論文中提到了地面站軟件，該軟件具有航姿和位置示波器、電子地圖、飛行儀表等功能，該軟件主要側(cè)重于參數(shù)調(diào)試，沒有飛艇姿態(tài)圖像顯示功能，不能直觀地觀察飛艇的飛行姿態(tài)，且同樣需要地面站聯(lián)網(wǎng)，限制了飛艇的飛行范圍。
[0004]本發(fā)明目的在于提供一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)飛行控制人機(jī)交互系統(tǒng)相比，具有界面友好、操作簡單、功能完善、數(shù)據(jù)處理速度快、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:提供一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與當(dāng)前飛艇飛行控制模式相匹配，基于新式飛艇的飛行特點(diǎn)和控制方式，提出界面規(guī)劃方法，劃分相應(yīng)功能模塊。同時(shí)根據(jù)飛行數(shù)據(jù)的重要性，劃分層次，利用并行計(jì)算的方法完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與傳輸，保障飛行品質(zhì)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，包括接口層、處理層和用戶層，其中:
[0007]所述的接口層，也稱硬件層，直接訪問計(jì)算機(jī)硬件，獲取飛行數(shù)據(jù)，發(fā)送飛行指令，采集視頻圖像信息；
[0008]所述的處理層，對(duì)接口層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析傳遞給用戶層，打包用戶層傳遞上來的需要發(fā)送的飛行指令數(shù)據(jù)；[0009]所述的用戶層，實(shí)現(xiàn)具體功能，提供與用戶交互的界面。
[0010]進(jìn)一步的，接口層包括通信模塊和視頻采集模塊，其中:
[0011]接口層的通信模塊，接收由艇載飛行控制設(shè)備發(fā)送、無線設(shè)備傳輸?shù)娘w行數(shù)據(jù)，發(fā)送經(jīng)處理打包、通過無線設(shè)備傳輸、由艇載設(shè)備接收的飛行指令，通信模塊支持串口通信和USB通信，用戶可根據(jù)設(shè)備自行選擇傳輸速率、端口 ；
[0012]接口層的視頻采集模塊，對(duì)無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像信息進(jìn)行采集，傳遞給用戶層應(yīng)用模塊做進(jìn)一步處理，無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像為模擬信號(hào)，經(jīng)過視頻采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
[0013]進(jìn)一步的，處理層主要包含下行數(shù)據(jù)解析模塊和上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，其中:
[0014]處理層的下行數(shù)據(jù)解析模塊，對(duì)通信模塊接收的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取有效信息，將處理后數(shù)據(jù)傳遞給用戶層應(yīng)用模塊；
[0015]處理層的上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，對(duì)用戶層形成的飛行指令進(jìn)行打包壓縮處理，將處理后的可發(fā)送數(shù)據(jù)傳遞給通信模塊。
[0016]進(jìn)一步的，用戶層具有飛艇姿態(tài)顯示，飛行軌跡顯示，數(shù)字顯示，儀表盤，飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，飛行記錄查詢與軌跡回放，視頻顯示、保存與回放，命令操作多個(gè)功能模塊，其中:
[0017]用戶層的飛艇姿態(tài)顯示功能模塊實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)的姿態(tài)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇推進(jìn)螺旋槳、升降舵、方向舵部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯示模擬環(huán)境。此模塊在讀取飛艇模型數(shù)據(jù)和場(chǎng)景信息后，定時(shí)獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，利用專業(yè)圖形模塊接口繪制圖像并不斷刷新，用戶可根據(jù)該模塊顯示的圖像，觀察飛艇的飛行情況、估計(jì)飛行指令執(zhí)行的效果；
[0018]用戶層的飛行軌跡功能模塊能夠加載地圖，繪制預(yù)定航線，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示飛艇的飛行軌跡，精確顯示飛艇所處地點(diǎn)的經(jīng)緯度、高度和其他周圍環(huán)境信息。該模塊采用了地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)組件，用戶在該模塊的面板上移動(dòng)時(shí)，本系統(tǒng)可獲取指針?biāo)傅攸c(diǎn)的經(jīng)緯度并顯示，用戶可測(cè)量地圖上兩點(diǎn)或多點(diǎn)的距離，用戶設(shè)置飛行軌跡或航點(diǎn)時(shí)，須點(diǎn)擊該模塊面板地圖上相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，本系統(tǒng)獲取軌跡或航點(diǎn)信息，在該面板上繪制預(yù)定航跡，在飛艇飛行過程中，該模塊獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示飛艇的飛行位置、繪制飛艇的飛行軌跡，用戶可根據(jù)該模塊的顯示信息，進(jìn)行誤差估算、位置判斷、調(diào)整飛行計(jì)劃；
[0019]用戶層的數(shù)字顯示功能模塊和儀表盤功能模塊，利用數(shù)字和儀表兩種不同的方法顯示飛艇的飛行數(shù)據(jù)，直觀地反映了飛行狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，為飛行監(jiān)測(cè)提供了良好的基礎(chǔ)。數(shù)字顯示易于實(shí)現(xiàn)，儀表盤采用了自制儀表組件，該模塊定時(shí)獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，不斷刷新；
[0020]用戶層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能模塊是選用模塊，能夠?qū)崟r(shí)記錄飛艇飛行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)庫中，并能夠隨時(shí)調(diào)出，以便瀏覽、分析。當(dāng)用戶需要記錄飛行數(shù)據(jù)時(shí)，可點(diǎn)擊菜單欄打開該模塊的窗口，填寫飛行日期、起飛地、目的地飛行信息，選擇需要記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)，提交后，本系統(tǒng)開始根據(jù)下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，保存選擇的記錄項(xiàng)到數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)用戶不再需要記錄飛行數(shù)據(jù)，可打開該模塊的窗口，選擇停止記錄，本系統(tǒng)便停止記錄飛行數(shù)據(jù)；
[0021]用戶層的飛行記錄查詢和軌跡回放模塊是選用模塊，可以按飛行時(shí)間查詢數(shù)據(jù)庫中的飛行記錄，回放飛行軌跡。當(dāng)用戶需要查詢飛行記錄時(shí)，可打開該模塊窗口，選擇查詢的時(shí)間段，本系統(tǒng)便返回該時(shí)間段內(nèi)的所有飛行記錄，同時(shí)可繪制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖以便用戶參考；
[0022]用戶層的視頻顯示、保存與回放功能模塊是選用模塊，實(shí)時(shí)顯示、保存、回放飛艇艇載攝像機(jī)返回圖像。當(dāng)飛艇上裝載攝像裝置，用戶需要監(jiān)控飛艇內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)或觀察飛行環(huán)境時(shí)，可打開此模塊的窗口，選擇連接后，窗口顯示當(dāng)前返回的視頻圖像，同時(shí)該模塊還支持保存、回放、截圖功能，在用戶需要時(shí)可使用；
[0023]用戶層的命令操作功能模塊選擇控制方式、選擇飛行模式、形成飛行控制指令?？刂品绞椒质謩?dòng)和自動(dòng)兩種；飛行模式分軌跡飛行、目標(biāo)點(diǎn)飛行、姿態(tài)飛行三種。軌跡飛行模式下，用戶需要在地圖面板中設(shè)置飛行軌跡；目標(biāo)點(diǎn)飛行模式下，用戶需要在地圖面板中設(shè)置航點(diǎn)；姿態(tài)飛行模式下，用戶需輸入飛艇飛行姿態(tài)要求和高度、速度要求，提交選擇、設(shè)置或輸入信息后，本系統(tǒng)將自動(dòng)獲取用戶提交的飛行指令信息，將飛行指令信息傳遞給處理層的上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。
[0024]另外，本發(fā)明的較佳技術(shù)方案介紹如下:
[0025]如圖1所示，在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，具有接口層、處理層、用戶層三部分。接口層，指直接訪問計(jì)算機(jī)硬件、接收和發(fā)送飛行數(shù)據(jù)、采集視頻圖像數(shù)據(jù)的底層應(yīng)用程序；處理層，是對(duì)接口層接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、打包發(fā)送數(shù)據(jù)的中間處理環(huán)節(jié)應(yīng)用程序；用戶層，是實(shí)現(xiàn)具體功能、提供與用戶交互的界面的頂層應(yīng)用程序。
[0026]如圖1所示，在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述接口層包括通信模塊和視頻采集模塊。
[0027]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述通信模塊，接收由艇載飛行控制設(shè)備發(fā)送、無線設(shè)備傳輸?shù)娘w行數(shù)據(jù)，發(fā)送經(jīng)處理打包、通過無線設(shè)備傳輸、由艇載設(shè)備接收的飛行指令。
[0028]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述視頻采集模塊，對(duì)無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像信息進(jìn)行采集，傳遞給用戶層應(yīng)用程序做進(jìn)一步處理。
[0029]如圖1所示，在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述處理層主要包含下行數(shù)據(jù)解析模塊和上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。
[0030]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述下行數(shù)據(jù)解析模塊，對(duì)通信模塊接收的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取有效信息，將處理后數(shù)據(jù)傳遞給用戶層應(yīng)用程序。
[0031]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，對(duì)用戶層形成的飛行指令進(jìn)行打包壓縮處理，將處理后的可發(fā)送數(shù)據(jù)傳遞給通信模塊。
[0032]如圖1所示，在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述用戶層具有飛艇姿態(tài)顯示，飛行軌跡顯示，數(shù)字顯示，儀表盤，飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，飛行記錄查詢和軌跡回放，視頻顯示、保存與回放，命令操作多個(gè)功能模塊。
[0033]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述飛艇姿態(tài)顯示功能模塊實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)的姿態(tài)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇推進(jìn)螺旋槳、升降舵、方向舵等部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯示模擬環(huán)境，如圖2所示。
[0034]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述飛行軌跡功能模塊能夠加載地圖，繪制預(yù)定航線，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示飛艇的飛行軌跡，精確顯示飛艇所處地點(diǎn)的經(jīng)緯度和其他周圍環(huán)境信息，如圖3所示。[0035]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)字顯示功能模塊和儀表盤功能模塊，利用數(shù)字和儀表兩種不同的方法顯示飛艇的飛行數(shù)據(jù)，直觀地反映了飛行狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，為飛行監(jiān)測(cè)提供了良好的基礎(chǔ)。
[0036]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能模塊能夠?qū)崟r(shí)記錄飛艇飛行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以便隨時(shí)調(diào)出、瀏覽、分析。
[0037]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述飛行記錄查詢和軌跡回放模塊，可以按飛行時(shí)間查詢數(shù)據(jù)庫中的飛行記錄，回放飛行軌跡。
[0038]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述視頻顯示、保存與回放功能模塊實(shí)時(shí)顯示、保存、回放飛艇艇載攝像機(jī)返回圖像。
[0039]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述命令操作功能模塊選擇控制方式、形成飛行控制指令。
[0040]本發(fā)明的有益效果是:一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，界面友好、操作簡單，操作人員經(jīng)過短期學(xué)習(xí)即可使用；功能豐富、組織合理，本發(fā)明提出的方法覆蓋了飛艇飛行控制的不同方面，適應(yīng)新式飛艇艇載飛控設(shè)備的要求；處理實(shí)時(shí)、運(yùn)行可靠，本發(fā)明提出的方法處理數(shù)據(jù)速度快、效率高，保障飛艇的飛行品質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]為了清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0042]圖1是本發(fā)明無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖2是本發(fā)明無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)一個(gè)較佳實(shí)施例中飛行姿態(tài)顯示功能模塊的效果圖。效果圖是系統(tǒng)運(yùn)行截圖，顯示裝載對(duì)稱尾翼、吊艙、涵道螺旋槳的紡錘狀飛艇在空中飛行。
[0044]圖3是本發(fā)明無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)一個(gè)較佳實(shí)施例中飛行軌跡顯示功能模塊的效果圖。效果圖是系統(tǒng)運(yùn)行截圖，顯示飛艇近似矩形的預(yù)設(shè)飛行軌跡和實(shí)際飛行軌跡。直線表示預(yù)設(shè)飛行軌跡，由航點(diǎn)構(gòu)成的曲線為實(shí)際飛行軌跡。
[0045]圖4是本發(fā)明無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)一個(gè)較佳實(shí)施例的使用流程圖。
[0046]圖5是本發(fā)明無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)一個(gè)較佳實(shí)施例中飛艇姿態(tài)顯示功能模塊所用的模型示意圖。圖中I為艇囊；2為方向舵；3為升降舵；4為尾翼；5為涵道螺旋槳；6為吊艙。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0048]請(qǐng)參閱圖1,本發(fā)明實(shí)施例包括:[0049]一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，包括接口層、處理層、用戶層三部分。
[0050]接口層，包括通信模塊和視頻采集模塊，指直接訪問計(jì)算機(jī)硬件、獲取和發(fā)送飛行數(shù)據(jù)、獲取視頻圖像數(shù)據(jù)的底層應(yīng)用模塊。
[0051]處理層，指對(duì)接口層接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、打包發(fā)送數(shù)據(jù)的中間處理環(huán)節(jié)應(yīng)用模塊，主要包含下行數(shù)據(jù)解析模塊和上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。
[0052]用戶層，實(shí)現(xiàn)具體功能、提供與用戶交互的界面的頂層應(yīng)用模塊，具有飛艇姿態(tài)顯示、飛行軌跡顯示、數(shù)字顯示、儀表盤、飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、飛行記錄查詢和軌跡回放、視頻顯示、保存與回放多個(gè)功能模塊。
[0053]接口層的通信模塊，接收由艇載飛行控制設(shè)備發(fā)送、無線設(shè)備傳輸?shù)娘w行數(shù)據(jù)，發(fā)送經(jīng)處理打包、通過無線設(shè)備傳輸、由艇載設(shè)備接收的飛行指令。通信模塊支持串口通信和USB通信。用戶可根據(jù)設(shè)備自行選擇傳輸速率、端口等。
[0054]接口層的視頻采集模塊，對(duì)無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像信息進(jìn)行采集，傳遞給用戶層應(yīng)用模塊做進(jìn)一步處理。無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像為模擬信號(hào)，經(jīng)過視頻采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
[0055]處理層的下行數(shù)據(jù)解析模塊，對(duì)通信模塊接收的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取有效信息，將處理后數(shù)據(jù)傳遞給用戶層應(yīng)用模塊。
[0056]處理層的上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，對(duì)用戶層形成的飛行指令進(jìn)行打包壓縮處理，將處理后的可發(fā)送數(shù)據(jù)傳遞給通信模塊。
[0057]用戶層的飛艇姿態(tài)顯示功能模塊實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)的姿態(tài)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇推進(jìn)螺旋槳、升降舵、方向舵等部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯示模擬環(huán)境。此模塊在讀取飛艇模型數(shù)據(jù)和場(chǎng)景信息后，定時(shí)獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，利用專業(yè)圖形模塊接口繪制圖像并不斷刷新。用戶可根據(jù)該模塊顯示的圖像，觀察飛艇的飛行情況、估計(jì)飛行指令執(zhí)行的效果。該功能模塊的效果如圖2所示。
[0058]用戶層的飛行軌跡功能模塊能夠加載地圖，繪制預(yù)定航線，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示飛艇的飛行軌跡，精確顯示飛艇所處地點(diǎn)的經(jīng)緯度、高度和其他周圍環(huán)境信息。該模塊采用了地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)組件。用戶在該模塊的面板上移動(dòng)時(shí)，本系統(tǒng)可獲取指針?biāo)傅攸c(diǎn)的經(jīng)緯度并顯示。用戶可測(cè)量地圖上兩點(diǎn)或多點(diǎn)的距離。用戶設(shè)置飛行軌跡或航點(diǎn)時(shí)，須點(diǎn)擊該模塊面板地圖上相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，本系統(tǒng)獲取軌跡或航點(diǎn)信息，在該面板上繪制預(yù)定航跡。在飛艇飛行過程中，該模塊獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示飛艇的飛行位置、繪制飛艇的飛行軌跡。用戶可根據(jù)該模塊的顯示信息，進(jìn)行誤差估算、位置判斷、調(diào)整飛行計(jì)劃等。
[0059]用戶層的數(shù)字顯示功能模塊和儀表盤功能模塊，利用數(shù)字和儀表兩種不同的方法顯示飛艇的飛行數(shù)據(jù)，直觀地反映了飛行狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，為飛行監(jiān)測(cè)提供了良好的基礎(chǔ)。數(shù)字顯示易于實(shí)現(xiàn)，儀表盤采用了自制儀表組件。該模塊定時(shí)獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，不斷刷新。
[0060]用戶層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能模塊是選用模塊，能夠?qū)崟r(shí)記錄飛艇飛行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)庫中，并能夠隨時(shí)調(diào)出，以便瀏覽、分析。當(dāng)用戶需要記錄飛行數(shù)據(jù)時(shí)，可點(diǎn)擊菜單欄打開該模塊的窗口，填寫飛行日期、起飛地、目的地等飛行信息，選擇需要記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)。提交后，本系統(tǒng)開始根據(jù)下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，保存選擇的記錄項(xiàng)到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)用戶不再需要記錄飛行數(shù)據(jù)，可打開該模塊的窗口，選擇停止記錄，本系統(tǒng)便停止記錄飛行數(shù)據(jù)。
[0061]用戶層的飛行記錄查詢和軌跡回放模塊是選用模塊，可以按飛行時(shí)間查詢數(shù)據(jù)庫中的飛行記錄，回放飛行軌跡。當(dāng)用戶需要查詢飛行記錄時(shí)，可打開該模塊窗口，選擇查詢的時(shí)間段，本系統(tǒng)便返回該時(shí)間段內(nèi)的所有飛行記錄，同時(shí)可繪制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖以便用戶參考。用戶層的視頻顯示、保存與回放功能模塊是選用模塊，實(shí)時(shí)顯示、保存、回放飛艇艇載攝像機(jī)返回圖像。當(dāng)飛艇上裝載攝像裝置，用戶需要監(jiān)控飛艇內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)或觀察飛行環(huán)境時(shí)，可打開此模塊的窗口。選擇連接后，窗口顯示當(dāng)前返回的視頻圖像。同時(shí)該模塊還支持保存、回放、截圖等功能，在用戶需要時(shí)可使用。
[0062]用戶層的命令操作功能模塊選擇控制方式、選擇飛行模式、形成飛行控制指令?？刂品绞椒质謩?dòng)和自動(dòng)兩種。飛行模式分軌跡飛行、目標(biāo)點(diǎn)飛行、姿態(tài)飛行三種。軌跡飛行模式下，用戶需要在地圖面板中設(shè)置飛行軌跡；目標(biāo)點(diǎn)飛行模式下，用戶需要在地圖面板中設(shè)置航點(diǎn)；姿態(tài)飛行模式下，用戶需輸入飛艇飛行姿態(tài)要求和高度、速度等其他要求。提交選擇、設(shè)置或輸入信息后，本系統(tǒng)將自動(dòng)獲取用戶提交的飛行指令信息，將飛行指令信息傳遞給處理層的上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。
[0063]參閱圖4，本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的操作過程如下詳述:
[0064]系統(tǒng)開始運(yùn)行后，首先要配置端口號(hào)、比特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等參數(shù)，建立系統(tǒng)與外部輔助硬件的通信，輔助硬件主要指飛行控制器與圖像采集設(shè)備。一般，系統(tǒng)與飛行控制器之間通過RS232串口連接，與視頻采集卡之間通過USB連接。
[0065]通信成功后，進(jìn)行起飛檢查，首先檢查飛艇自身的基本參數(shù)，包括主電源與備用電源的電量；溫度計(jì)、濕度計(jì)、高度計(jì)、磁力計(jì)、加速度計(jì)、GPS接收器等傳感器的工作狀態(tài)；升降舵、方向舵、轉(zhuǎn)涵的正常運(yùn)動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。自檢結(jié)束后，對(duì)起飛的環(huán)境條件進(jìn)行檢測(cè)，包括溫度、濕度、風(fēng)力、高度、磁場(chǎng)等參數(shù)，并且判斷飛艇是否可以正常起飛。若飛艇自身的參數(shù)或者外部環(huán)境不能滿足飛艇飛行條件時(shí)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，若滿足飛行條件，則顯示檢測(cè)程序通過。
[0066]起飛前，飛行軌跡模塊載入飛行區(qū)域的地圖并顯示。飛艇起飛時(shí)，可以通過命令操作面板選擇手動(dòng)或者自動(dòng)起飛兩種模式。手動(dòng)模式下，飛艇依靠地面的飛控手通過遙控器控制飛艇的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)涵、升降舵、方向舵來控制飛艇姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)起飛；自動(dòng)模式下，飛艇通過飛行控制器控制，可通過命令操作面板選擇不同的飛行模式，不斷地調(diào)節(jié)參數(shù)，保證飛艇以預(yù)定的角度順利起飛。通常情況下，在起飛階段初期采用手動(dòng)模式，等飛艇平穩(wěn)飛行到一定高度后，采用自動(dòng)模式。
[0067]飛艇升空后，按照人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)置的模式飛行，此時(shí)系統(tǒng)的作用表現(xiàn)為兩點(diǎn):監(jiān)測(cè)與采集、飛行控制。監(jiān)測(cè)與采集，系統(tǒng)通過無線視頻收發(fā)器接收飛艇上多個(gè)攝像頭的視頻并且保存數(shù)據(jù)，另外，系統(tǒng)同時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)飛艇的飛行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并且將采集到的數(shù)據(jù)顯示給飛控手，包括飛行速度、高度、傾角、方向等參數(shù)通過電子儀表直觀的顯示到屏幕上，以供地面工作人員實(shí)時(shí)地了解飛艇的飛行狀態(tài)，保證飛行的安全，并且，可以對(duì)飛艇的各個(gè)飛行參數(shù)進(jìn)行讀取，繪圖、為實(shí)驗(yàn)人員提供更為精確的數(shù)據(jù)；飛行控制，飛行控制是本系統(tǒng)的又一重要功能，負(fù)責(zé)對(duì)飛行中的飛艇進(jìn)行人為的控制，使其按照要求飛行，地面控制人員可以實(shí)時(shí)添加或者刪除飛行軌跡航點(diǎn)、控制飛艇升降舵、方向舵、轉(zhuǎn)涵角度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而保證在必要時(shí)對(duì)飛艇進(jìn)行人為干預(yù)。
[0068]當(dāng)飛艇飛行出現(xiàn)緊急情況時(shí)，系統(tǒng)可以將飛艇的控制模式切換為手動(dòng)控制模式，地面人員通過遙控器控制飛艇飛行，防止飛艇失控。
[0069]飛行任務(wù)執(zhí)行完畢后，通過系統(tǒng)選擇飛艇的降落方式。降落方式包括手動(dòng)降落與自動(dòng)降落。一般來說，當(dāng)?shù)孛鏍顩r不理想時(shí)，選擇手動(dòng)降落方式，控制人員通過系統(tǒng)或者遙控器控制飛艇著陸，保證了控制的靈活性與安全性；當(dāng)?shù)孛鏍顩r理想時(shí)，可以選擇自動(dòng)降落模式，飛艇依靠自身的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)著陸。
[0070]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的人機(jī)交互控制系統(tǒng)與飛行控制器之間交互使用的基于數(shù)據(jù)鏈路層幀結(jié)構(gòu)的自定義通訊協(xié)議如下:
[0071]幀頭:接收端通過幀頭識(shí)別噪聲和有效數(shù)據(jù)。
[0072]幀尾:在無線通訊中信息的容錯(cuò)控制是很重要的一環(huán)，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，提高系統(tǒng)的抗干擾能力而添加。本系統(tǒng)在幀尾設(shè)置了校驗(yàn)碼。校驗(yàn)碼是對(duì)遙控?cái)?shù)據(jù)幀所有字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行異或的結(jié)果，系統(tǒng)通過幀尾判斷接收數(shù)據(jù)是否有誤碼。
[0073]數(shù)據(jù)部分:數(shù)據(jù)部分主要分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)。上行數(shù)據(jù)主要為控制命令；下行數(shù)據(jù)主要為傳感器數(shù)據(jù)和飛行控制器制導(dǎo)指令數(shù)據(jù)?？刂泼钪饕?起飛檢查、起飛方式、飛行方式、控制模式、降落方式、緊急剎車等；傳感器數(shù)據(jù)主要包括:飛艇沿坐標(biāo)軸方向的加速度、旋轉(zhuǎn)加速度、速度，俯仰角、偏航角，飛行高度、垂直速度，經(jīng)緯度等；飛行控制器制導(dǎo)指令數(shù)據(jù)主要包括:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、涵道螺旋槳轉(zhuǎn)涵角、升降舵偏轉(zhuǎn)角、方向舵偏轉(zhuǎn)角等。為了能夠靈活傳輸數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判別數(shù)據(jù)類型，每個(gè)數(shù)據(jù)單元采用固定的6個(gè)字節(jié)長度，數(shù)據(jù)單元前面的2個(gè)字節(jié)為標(biāo)志符，用以判別數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)單元的后4個(gè)字節(jié)為實(shí)際數(shù)據(jù)。不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)精度不一，長度不同，但為了便于傳輸和解析，實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)一成固定的4個(gè)字節(jié)長度。每幀的數(shù)據(jù)格式如下表所示:
[0074]表1
[0075]
【權(quán)利要求】
1.一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，其特征在于，包括接口層、處理層和用戶層，其中: 所述的接口層，也稱硬件層，直接訪問計(jì)算機(jī)硬件，獲取飛行數(shù)據(jù)，發(fā)送飛行指令，采集視頻圖像息； 所述的處理層，對(duì)接口層獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析傳遞給用戶層，打包用戶層傳遞上來的需要發(fā)送的飛行指令數(shù)據(jù)； 所述的用戶層，實(shí)現(xiàn)具體功能，提供與用戶交互的界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，其特征在于，接口層包括通信模塊和視頻采集模塊，其中: 接口層的通信模塊，接收由艇載飛行控制設(shè)備發(fā)送、無線設(shè)備傳輸?shù)娘w行數(shù)據(jù)，發(fā)送經(jīng)處理打包、通過無線設(shè)備傳輸、由艇載設(shè)備接收的飛行指令，通信模塊支持串口通信和USB通信，用戶可根據(jù)設(shè)備自行選擇傳輸速率、端口 ； 接口層的視頻采集模塊，對(duì)無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像信息進(jìn)行采集，傳遞給用戶層應(yīng)用模塊做進(jìn)一步處理，無線設(shè)備傳輸回的視頻圖像為模擬信號(hào)，經(jīng)過視頻采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，其特征在于，處理層主要包含下行數(shù)據(jù)解析模塊和 上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，其中: 處理層的下行數(shù)據(jù)解析模塊，對(duì)通信模塊接收的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取有效信息，將處理后數(shù)據(jù)傳遞給用戶層應(yīng)用模塊； 處理層的上行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，對(duì)用戶層形成的飛行指令進(jìn)行打包壓縮處理，將處理后的可發(fā)送數(shù)據(jù)傳遞給通信模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無人飛艇的人機(jī)交互控制系統(tǒng)，其特征在于，用戶層具有飛艇姿態(tài)顯示，飛行軌跡顯示，數(shù)字顯示，儀表盤，飛行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，飛行記錄查詢和軌跡回放，視頻顯示、保存與回放，命令操作多個(gè)功能模塊，其中: 用戶層的飛艇姿態(tài)顯示功能模塊實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)的姿態(tài)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示飛艇推進(jìn)螺旋槳、升降舵、方向舵等部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顯示模擬環(huán)境。此模塊在讀取飛艇模型數(shù)據(jù)和場(chǎng)景信息后，定時(shí)獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，利用專業(yè)圖形模塊接口繪制圖像并不斷刷新，用戶可根據(jù)該模塊顯示的圖像，觀察飛艇的飛行情況、估計(jì)飛行指令執(zhí)行的效果； 用戶層的飛行軌跡功能模塊能夠加載地圖，繪制預(yù)定航線，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示飛艇的飛行軌跡，精確顯示飛艇所處地點(diǎn)的經(jīng)緯度、高度和其他周圍環(huán)境信息；該模塊采用了地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)組件，用戶在該模塊的面板上移動(dòng)時(shí)，本系統(tǒng)可獲取指針?biāo)傅攸c(diǎn)的經(jīng)緯度并顯示，用戶可測(cè)量地圖上兩點(diǎn)或多點(diǎn)的距離，用戶設(shè)置飛行軌跡或航點(diǎn)時(shí)，須點(diǎn)擊該模塊面板地圖上相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，本系統(tǒng)獲取軌跡或航點(diǎn)信息，在該面板上繪制預(yù)定航跡，在飛艇飛行過程中，該模塊獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示飛艇的飛行位置、繪制飛艇的飛行軌跡，用戶可根據(jù)該模塊的顯示信息，進(jìn)行誤差估算、位置判斷、調(diào)整飛行計(jì)劃； 用戶層的數(shù)字顯示功能模塊和儀表盤功能模塊，利用數(shù)字和儀表兩種不同的方法顯示飛艇的飛行數(shù)據(jù)，直觀地反映了飛行狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，為飛行監(jiān)測(cè)提供了良好的基礎(chǔ)；數(shù)字顯示易于實(shí)現(xiàn)，儀表盤采用了自制儀表組件，該模塊定時(shí)獲取下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，不斷刷新； 用戶層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能模塊是選用模塊，能夠?qū)崟r(shí)記錄飛艇飛行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)庫中，并能夠隨時(shí)調(diào)出，以便瀏覽、分析；當(dāng)用戶需要記錄飛行數(shù)據(jù)時(shí)，可點(diǎn)擊菜單欄打開該模塊的窗口，填寫飛行日期、起飛地、目的地飛行信息，選擇需要記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)，提交后，本系統(tǒng)開始根據(jù)下行數(shù)據(jù)解析模塊傳遞的飛行數(shù)據(jù)，保存選擇的記錄項(xiàng)到數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)用戶不再需要記錄飛行數(shù)據(jù)，可打開該模塊的窗口，選擇停止記錄，本系統(tǒng)便停止記錄飛行數(shù)據(jù)；用戶層的飛行記錄查詢和軌跡回放模塊是選用模塊，可以按飛行時(shí)間查詢數(shù)據(jù)庫中的飛行記錄，回放飛行軌跡。當(dāng)用戶需要查詢飛行記錄時(shí)，可打開該模塊窗口，選擇查詢的時(shí)間段，本系統(tǒng)便返回該時(shí)間段內(nèi)的所有飛行記錄，同時(shí)可繪制數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖以便用戶參考；用戶層的視頻顯示、保存與回放功能模塊是選用模塊，實(shí)時(shí)顯示、保存、回放飛艇艇載攝像機(jī)返回圖像。當(dāng)飛艇上裝載攝像裝置，用戶需要監(jiān)控飛艇內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)或觀察飛行環(huán)境時(shí)，可打開此模塊的窗口，選擇連接后，窗口顯示當(dāng)前返回的視頻圖像，同時(shí)該模塊還支持保存、回放、截圖功能，在用戶需要時(shí)可使用； 用戶層的命令操作功能模塊選擇控制方式、選擇飛行模式、形成飛行控制指令；控制方式分手動(dòng)和自動(dòng)兩種；飛行模式分軌跡飛行、目標(biāo)點(diǎn)飛行、姿態(tài)飛行三種；軌跡飛行模式下，用戶需要在地圖面板中設(shè)置飛行軌跡；目標(biāo)點(diǎn)飛行模式下，用戶需要在地圖面板中設(shè)置航點(diǎn)；姿態(tài)飛行模式下，用戶需輸入飛艇飛行姿態(tài)要求和高度、速度要求，提交選擇、設(shè)置或輸入信息后，本系統(tǒng)將自動(dòng)獲取用戶提交的飛行指令信息，將飛行指令信息傳遞給處理層的上行數(shù)據(jù)發(fā)送模 塊。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103809600SQ201410077151
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】胡少興, 朱煜坤, 劉瑞瑞, 劉東昌 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)