本發(fā)明涉及無人機控制領域，特別是涉及一種無人機地面站控制系統。

背景技術：

無人機技術在偵查監(jiān)控、數據采集、遙測勘探等多個領域都有著巨大的應用前景。無人機地面站是無人機系統的重要組成部分，提供對無人機指揮控制和保證機地數據通信。

無人機地面站的主要功能包括：通過輸入設備采集對無人機、機上任務載荷和通信鏈路設備的控制信息，將以上控制信息組合成為標準的控制指令發(fā)送至無人機和鏈路設備；實時接收無人機、機上任務載荷和通信鏈路設備的遙測數據，將以上數據解析并以圖表等形式反映給無人機操控人員；編輯規(guī)劃無人機飛行任務航線?，F有無人機地面站在同一軟件中綜合實現以上功能，不能根據實際應用需要整合各項功能。本發(fā)明將以上功能拆分至各個模塊中分別執(zhí)行，能夠根據應用需求場景靈活配置，從而簡化地面站的軟硬件構成，節(jié)省資源。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可配置的模塊化的無人機地面站控制系統，本系統將無人機地面站的功能模塊化分解，分解后的子功能模塊能夠自由組合，靈活分配所需的軟硬件，有效的簡化地面站構成，避免資源的浪費。

為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種無人機地面站控制系統，所述系統包括計算機、交換機、鏈路設備、信號采集設備、控制面板、外部控制器和顯示器，其中鏈路設備與交換機連接，交換機、鏈路設備、信號采集設備分別與計算機連接，控制面板、外部控制器分別與信號采集設備連接，計算機連接顯示器，其特征在于，所述計算機上安裝有控制程序，控制程序包括下行數據管理程序、飛行控制程序、鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、任務載荷控制程序和其它擴展程序；其中下行數據管理程序用于接收遙測數據和任務載荷數據，并將這些數據分別傳輸至飛行控制程序、鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、任務載荷控制程序和其它擴展程序，同時將這些數據進行本地保存和讀取，實現回放功能；飛行控制程序用于接收鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、任務載荷控制程序和其它擴展程序的遙控指令數據，并由飛行控制程序發(fā)出遙控指令幀，同時飛行控制程序將這些數據進行本地保存和讀取，實現回放功能；鏈路控制程序向天線發(fā)送控制指令。

本系統實現的主要功能如下：

（1）.下行數據管理程序的主要功能包括：遙測數據的接收和分發(fā)、遙測數據的本地保存和讀取、任務載荷數據的接收和分發(fā)、任務載荷數據的本地保存和讀取。

（2）.飛行控制程序的主要功能包括：飛行控制指令的采集、遙控指令復接發(fā)送、與無人機飛行相關的遙測信息的顯示、遙控數據的本地保存和讀取、遙測遙控原始數據顯示等。

（3）.鏈路控制程序的主要功能包括：機地數據鏈路的遙測遙控、地面天線的控制。

（4）.航跡規(guī)劃/顯示程序的主要功能包括：航線規(guī)劃、航點/航線指令采集、地理位置和航跡顯示。

（5）.任務載荷控制程序的主要功能包括：任務載荷設備指令采集、任務載荷設備數據顯示。

本發(fā)明的有益效果是：根據無人機地面站系統的主要功能特點，將各功能進行模塊化拆分，使各功能能夠根據實際任務需求和硬件資源條件進行組合，實現了地面站系統的靈活配置。

附圖說明

圖1為本系統的軟件構成關系圖；

圖2為本系統的硬件構成關系圖；

圖3為本系統的下行數據管理程序流程圖；

圖4為本系統的飛行控制程序流程圖；

圖5為本系統的鏈路控制程序流程圖；

圖6為本系統的航跡規(guī)劃/顯示程序流程圖；

圖7為本系統的任務載荷控制程序流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

參照圖1，本系統的軟件部分包括：飛行控制程序101、鏈路控制程序102、航跡規(guī)劃/顯示程序103、任務載荷控制程序104、其它擴展程序105、下行數據管理程序106。本系統軟件部分的詳細工作方式如下：

參照圖3，本系統的下行數據管理程序有以下步驟：首先通過鏈設備接收來自無人機的遙測數據幀，其中包括遙測數據和任務載荷數據，若收到遙測數據，則解析該遙測數據幀，提取出與通信鏈路相關的遙測數據、與航跡相關的遙測數據、與無人機飛行狀態(tài)相關的遙測數據、與任務載荷相關的遙測數據及與其它擴展程序相關的遙測數據，然后分別發(fā)送至鏈路控制程序、航跡規(guī)劃/顯示程序、飛行控制程序、任務載荷控制程序及其它擴展程序，然后返回繼續(xù)接收來自無人機的遙測數據幀；若未收到遙測數據，則直接返回繼續(xù)接收來自無人機的遙測數據幀。

下行數據管理程序106通過數據鏈設備接收來自無人機的遙測數據幀，其中包括遙測數據和任務載荷數據。下行數據管理程序106解析該遙測數據幀，提取出與通信鏈路相關的遙測數據、與航跡相關的遙測數據、與無人機飛行狀態(tài)相關的遙測數據、與任務載荷相關的數據及與其它軟件相關的遙測數據，分別發(fā)送至鏈路控制程序102、航跡規(guī)劃/顯示程序、飛行控制程序101、任務載荷控制程序104及其它擴展程序105。此外，下行數據管理程序106還可以將原始遙測幀或解析得到的各遙測數據、任務載荷數據保存至本地文件中。下行數據管理程序106可以讀取曾經保存在本地文件中的以上數據，實現回放功能，如圖3所示。

參照圖4，本系統的飛行控制程序有以下步驟：該程序首先從三個渠道接收數據：一是接收從下行數據管理程序發(fā)送來的遙測數據；二是接收操作人員輸入的遙控數據；三是接收其它擴展程序發(fā)送來的遙控數據，若接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的與無人機飛行狀態(tài)相關的遙測數據，則在軟件界面上顯示飛行狀態(tài)變化，然后返回繼續(xù)接收遙測數據；若沒接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的與無人機飛行狀態(tài)相關的遙測數據，則直接返回繼續(xù)接收遙測數據；若接收到操作人員輸入的遙控數據，同時接收到其它擴展程序發(fā)送來的遙控數據，則將接收到的遙控數據組合成遙控指令，然后發(fā)送遙控指令給鏈路設備，同時在軟件界面上顯示，然后分別返回繼續(xù)接收遙控數據；如果沒接收到操作人員輸入的遙控數據，也沒接收到其它擴展程序發(fā)送來的遙控數據，則分別直接返回繼續(xù)接收遙控數據。

飛行控制程序101從下行數據管理程序106接收與無人機飛行狀態(tài)相關的遙測數據，在軟件界面上以數字、圖表的形式顯示出來，供操作人員了解無人機飛行狀態(tài)。操作人員可以通過飛行控制程序101的軟件界面輸入遙控指令控制無人機的飛行。飛行控制程序101的另一個重要作用是收集來自鏈路控制程序102、航跡規(guī)劃/顯示程序103、任務載荷控制程序104和其它控制程序的遙控指令數據，連同自身采集的遙控指令組合成統一的遙控指令幀發(fā)送至鏈路設備，進而遙控無人機。此外，飛行控制程序101還可以對以上的遙控指令數據進行本地保存和讀取，如圖4所示。

參照圖5，本系統的鏈路控制程序有以下步驟：該程序首先從兩個渠道接收數據，一是接收從下行數據管理程序發(fā)送來的遙測數據；二是接收操作人員輸入的遙控數據；若接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的與鏈路相關的遙測數據，則在軟件界面上顯示鏈路狀態(tài)變化，然后返回繼續(xù)接收遙測數據；若沒接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的與鏈路相關的遙測數據，則直接返回繼續(xù)接收遙測數據；若接收到操作人員輸入的遙控數據，則處理遙控數據；接下來判斷是否向伺服天線發(fā)送控制指令，若是則將控制指令發(fā)送至伺服天線，若不是則將控制指令發(fā)送至飛行控制程序；同時在軟件界面上輸入控制指令控制鏈路設備；若沒接收到操作人員輸入的遙控數據，則直接返回繼續(xù)接收遙控數據。

鏈路控制程序102從下行數據管理程序106接收與鏈路相關的遙測數據，在軟件界面上以數字、圖表的形式顯示出來，供操作人員了解鏈路工作狀態(tài)。操作人員可以通過鏈路控制程序102的軟件界面輸入控制指令控制鏈路設備。以上控制指令中包括對地面伺服天線的控制指令，這部分指令由鏈路控制程序102直接發(fā)送至伺服天線控制設備。其它與鏈路相關的控制指令由鏈路控制程序102發(fā)送至飛行控制程序101進行統一組幀，如圖5所示。

參照圖6，本系統的航跡規(guī)劃/顯示程序有以下步驟：該程序首先從兩個渠道接收數據，一是接收從下行數據管理程序發(fā)送來的遙測數據；二是接收操作人員輸入的遙控數據；若是接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的與航跡相關的遙測數據，則在軟件界面上顯示飛行航跡變化，然后返回繼續(xù)接收遙控數據；若沒接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的與航跡相關的遙測數據，則直接返回繼續(xù)接收遙控數據；若接收到操作人員輸入的遙控數據，則處理遙控數據，然后將遙控數據發(fā)送至飛行控制程序；同時在軟件界面上顯示飛行航跡變化；如果沒接收到操作人員輸入的遙控數據，則直接返回繼續(xù)接收操作人員輸入的遙控數據。

航跡規(guī)劃/顯示程序103從下行數據管理程序106接收與航跡相關的遙測數據，在軟件界面上結合當地地圖將無人機的所在位置和航跡顯示出來。操作人員可以通過航跡規(guī)劃/顯示程序103的軟件界面編輯航跡航點。航跡航點的變更情況以控制指令的形式由航跡規(guī)劃/顯示程序103發(fā)送至飛行控制程序101進行統一組幀，如圖6所示。

參照圖7，本系統的任務載荷控制程序有以下步驟：該程序首先從兩個渠道接收數據，一是接收從下行數據管理程序發(fā)送來的任務載荷采集的遙測數據；二是接收操作人員輸入的遙控數據；若是接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的任務載荷采集的遙測數據，則在軟件界面上顯示任務載荷內容和狀態(tài)，然后返回繼續(xù)接收遙測數據；若沒接收到從下行數據管理程序發(fā)送來的任務載荷采集的遙測數據，則直接返回繼續(xù)接收遙測數據；若接收到操作人員輸入的遙控數據，則處理遙控數據，然后將遙控數據發(fā)送至飛行控制程序；同時在軟件界面上顯示任務載荷內容和狀態(tài)；如果沒接收到操作人員輸入的遙控數據，則直接返回繼續(xù)接收操作人員輸入的遙控數據。

任務載荷控制程序104從下行數據管理程序106接收任務載荷采集的數據。根據不同任務載荷數據在軟件界面以不同形式呈現給操作人員。以視頻圖像信息為例，任務載荷控制程序104將原始視頻圖像數據解碼顯示。操作人員可以通過任務載荷控制程序104的軟件界面輸入對任務載荷的控制指令。以上指令會被發(fā)送至飛行控制程序101進行統一組幀，如圖7所示。

其它擴展程序105作為對地面站控制系統功能的擴展，可以靈活的添加。這部分程序從下行數據管理程序106接收遙測數據，以特定方式將遙測數據呈現給操作人員。操作人員可以通過這部分程序輸入控制指令，實現對擴展功能的操作。以上控制指令數據會被發(fā)送至飛行控制程序101進行統一組幀。

以上所述的本系統的各個軟件可以靈活的增減，在滿足實際任務需求的情況下，對地面站控制系統進行優(yōu)化裁剪，避免資源浪費。

參照圖2，本系統的硬件部分包括：鏈路設備201、交換機202、計算機203、顯示器204、信號采集設備205、控制面板206和外部控制器207。

本系統硬件部分的詳細工作方式如下：

本系統的鏈路設備201通過伺服天線建立無人機與地面站之間的通信鏈路，負責向無人機發(fā)送遙控指令幀和接收遙測數據幀。鏈路設備201通過串口與計算機203連接，直接接收遙控指令幀和發(fā)送數據量較小的遙測數據幀。鏈路設備201還可以通過TCP/IP協議向計算機203發(fā)送數據量較大的任務載荷數據。

對于系統中只有一臺計算機的情況，無需交換機202，鏈路設備201與計算機203可直接建立TCP/IP連接。對于系統中有多臺計算機的情況，需要交換機202保證鏈路設備201與計算機203間的TCP/IP連接。

本系統的計算機203中運行上述的各個子程序，與鏈路設備通過串口或TCP/IP協議連接，接收遙測數據幀和發(fā)送遙控指令幀。計算機203通過串口與信號采集設備連接，接受來自控制面板和外部控制器的遙控指令信號。飛行控制程序101會將以上信號中的遙控指令數據連同其它遙控指令數據統一組幀。根據軟件需求和硬件資源，本系統可以采用單一計算機或多臺計算機連接交換機協同工作。交換機負責保證各計算機和鏈路設備的數據交換。此外，計算機203和顯示器204連接，軟件界面顯示遙測信息，采集遙控指令數據。

本系統的信號采集設備205通過串口與計算機203連接，負責采集從控制面板或外部控制器輸入的遙控指令信號。控制面板206通過其上的鍵盤、鼠標、按鈕、旋鈕、搖桿等設備采集操作人員輸入的遙控指令信號。外部控制器207與地面站箱體分離，與信號采集設備通過有線或無線方式連接，可以選擇飛機遙控器或其它設備，通過其上的按鈕、旋鈕、搖桿等設備采集操作人員輸入的遙控指令信號。

本系統的控制面板206位于地面站箱體上，供操作人員輸入控制指令。外部控制器207位于地面站箱體之外，供操作人員遠程輸入控制指令。顯示器負責顯示各子程序內容。根據子程序運行需求可采用單個顯示器顯示，或多個顯示器分別顯示。