CN104460474A - 无人机通用地面监控*** - Google Patents

Abstract

无人机通用地面监控***可用于监控大型无人机各***运行状态，是无人机技术保障人员实时监控、指挥决策和特情处置的重要平台，该***由车载平台子***、硬件子***、软件子***、外部接口服务子***组成，无人机通过数传电台将飞机各***数据传给数据链路接收终端，软件子***通过接口程序读取监控数据包，解析后传给数据监控单元和态势显示单元，当参数异常时提供语音和信号告警，高清监控摄像机通过无线网络将视频数据传输给摄像机存储控制器，通过显示器显示工作现场画面。本发明为技术保障人员提供分析研判平台，为发现、排除故障提供分析参考依据，有效降低飞行安全风险，***采用模块化设计，配置相应功能模块可满足其它型号无人机需求。

Description

无人机通用地面监控***

技术领域

本发明涉及一种地面监控***，可广泛用于监控大型无人机各***运行状态，是无人机技术保障人员实时监控、指挥决策和特情处置的重要平台，属于无人机监控技术领域。

背景技术

大型无人机是一种飞行时间长，能昼夜持续空中侦察、监视的无人驾驶飞机，具有高空、高速、长航时、可以搭载多种任务载荷等特点，在军事侦察、灾情评估、地质测绘、林业勘探等方面发挥着越来越多的作用，显示出巨大的应用前景。地面控制站是无人机的控制中心，主要完成数据实时采集、发送遥控指令，分析遥测数据，显示飞行状态等功能，是无人机***的核心部分，一般为车载箱体式结构布局，便于野外机动部署。由于大型无人机***庞大、交联复杂，地面站内各席位监控界面多、监控信息量大，每名监控人员根据专业分工既要发送遥控指令，又要监控子***的关键参数，工作强度大，监控的信息量有限，当遇到特情时，无法确定故障原因及处置措施，需要向技术保障人员求助。然而，技术保障人员在地面站中没有相应的监控席位，无法对各***进行实时监控，只能凭借经验给出处置措施，这样会大大降低特情处置成功的概率，造成无法弥补的经济损失。大型无人机飞行时间长，各席位监控人员注意力高度集中，长时间执行任务容易造成疲劳，需要技术保障人员分担一部分监控任务。大型无人机准备时间相对较长，准备流程复杂，现有地面站一般没有配备视频监控设备，无法对维修保障现场进行实时监控，给飞行组织指挥带来诸多不便。因此，随着大型无人机复杂化、多功能化的发展，现有无人机地面站由于空间有限，无法满足技术保障人员对无人机各子***及状态信息的实时监控，迫切需要一种用于无人机技术保障人员的地面监控解决方案。无人机通用地面监控***是技术保障人员实时监控、指挥决策和特情处置的平台，能够对地面站提供技术支持，有效降低飞行安全风险，目前对无人机通用地面监控***没有相关报道。

发明内容

本发明提出一种主动式“安全预防、抵御风险、特情处置、决策依据”的无人机通用地面监控***，技术保障人员通过该***可以实时监控无人机各***状态、***运行流程和维修保障质量，有效解决了地面站各席位操控人员监控信息有限、长时间执行任务容易疲劳的问题，是无人机技术保障人员实时监控、指挥决策和特情处置的重要平台，能够有效降低无人机飞行安全风险；该***具备数据记录与回放功能，能够重现飞行过程、控制指令和***状态，为技术保障人员发现、排除故障提供分析参考依据；本发明采用模块化的设计思想，可以配置相应功能模块以适应不同型号无人机的需求，实现无人机地面监控***的通用化，减少重复开发。

本发明的技术方案是关于一种无人机通用地面监控***，包括车载平台子***、硬件子***、软件子***、外部接口服务子***，所述的车载平台子***由客车改装设计而成，搭建***工作平台，硬件子***由数据监控单元、态势显示单元和工作现场监控单元三大功能模块构成，软件子***采用模块化设计思想，合理划分不同功能模块，以C++、LabView等为主要开发工具进行设计，主要包括接口程序模块、监控程序模块和态势显示模块，外部接口服务子***主要由供电配电和网络设备构成，是软、硬件连接的桥梁。无人机通过数传电台将飞机各***数据传给数据链路接收终端，数据链路接收终端通过以太网转换器将数据通过组播协议传输到交换机，软件子***通过接口程序读取从交换机传来的监控数据包，解析后传给数据监控软件和态势显示软件进行显示，当参数异常时提供语音和信号告警；高清监控摄像机将视频数据通过无线网络传输给无线AP，无线AP通过交换机将视频数据传输给摄像机存储控制器，通过液晶电视显示工作现场画面。

本发明的效果在于：本发明有效解决了地面站操控人员工作强度大、监控信息有限、长时间执行任务容易疲劳的问题；为无人机技术保障人员提供实时监控、分析研判和指挥决策的工作环境，遇到特情时，迅速查找故障原因，涉及***交联问题可以进行有效沟通，充分利用数据资源开展分析研判，给出正确处置措施，为指挥员提供决策依据；具备数据记录与回放功能，重现飞行过程、控制指令和***状态，为技术保障人员发现、排除故障提供分析参考依据；对维修现场进行实时监控，便于指挥员掌握工作现场秩序和保障人员工作进度，监控操作细节，明确工作责任，发生人为责任问题时还可以追查人员一手工作质量，达到安全预防、降低风险的目的；采用模块化、标准化的设计思想，通过配置相应功能模块可以适应不同型号无人机的需求，实现地面监控***的通用化，减少重复开发。

附图说明

图1是无人机通用地面监控***整体布局。

图2无人机通用地面监控***硬件结构图。

图3是发动机***监控单元布局图。

图4是接口程序流程图。

图中：(1)为发动机***监控单元；(2)为燃油***监控单元；(3)为液压***监控单元；(4)为机电***监控单元；(5)为环控***监控单元；(6)为电源***监控单元；(7)为态势显示单元；(8)为工作现场监控单元；(9)为服务器机柜；(10)为会议桌；(11)为文件资料柜；(12)为饮水机；(13)为空调；(14)为驾驶室；(15)为灭火瓶。

具体实施方式

本发明的具体实施方式是：构建一种无人机通用地面监控***，由车载平台子***、硬件子***、软件子***、外部接口服务子***组成，***整体布局如图1所示，包括发动机监控***单元(1)、燃油***监控单元(2)、液压***监控单元(3)、机电***监控单元(4)、环控***监控单元(5)、电源***监控单元(6)、态势显示单元(7)、工作现场监控单元(8)、服务器机柜(9)、会议桌(10)、文件资料柜(11)、饮水机(12)、空调(13)、驾驶室(14)、灭火瓶(15)。其中，发动机***监控单元(1)主要显示油门位置、转速、涡轮前温度、滑油压力、发动机状态信息等；燃油***监控单元(2)主要显示各油箱油量、用油顺序、耗油率等；液压***监控单元(3)主要显示液压***压力、温度，超出给定范围进行告警；机电***监控单元(4)主要显示机械与电气交联的状态或位置信号，通过该界面能够了解飞机活动装置的位置和状态；环控***监控单元(5)主要显示设备舱温度、结冰告警和调温设备的工作状态信息；电源***监控单元(6)主要显示蓄电池容量、供电电压、发电机工作状态等；态势显示单元(7)主要显示飞机起降视频画面、空中飞行时空域地图和飞机主要状态信息，通过该画面可以实时掌握飞机位置和飞行状态；工作现场监控单元(8)主要监控各保障场所工作秩序和保障人员工作质量，掌握各岗位人员操作细节，通过语音设备可以进行远程指导；服务器机柜(9)用于安装服务器、交换机、摄像存储控制器、***、UPS等硬件设备；会议桌(10)主要为技术保障人员提供交流研讨平台，涉及复杂故障可以进行深层次分析探讨；文件资料柜(11)用于存放技术保障资料，供技术保障人员随时查阅；饮水机(12)为工作人员提供水源；空调(13)为整个工作环境进行调温，确保人员和设备能够正常工作；驾驶室(14)与车厢分隔开，形成独立工作区；灭火瓶(15)预防火灾的发生。

车载平台子***是根据地面站机动部署的特点对客车进行改装设计，整体布局如图1所示，无人机通用地面监控***集成在车体内，为车载箱体式结构布局，改装后的车载***符合环境和人机工程适应性指标，综合考虑供电***、设备安装接口使之满足车载***与各设备之间的接口需求。添加语音通讯***、空调、打印机、文件资料柜、饮水机、会议桌、灭火器等辅助设备，供技术保障人员日常办公所用。

硬件子***如图2所示，主要由数据监控单元、态势显示单元和工作现场监控单元三大功能模块构成。数据监控单元主要由发动机、燃油、液压、机电、环控、电源等六个功能单元构成，通过六台工控笔记本显示，数据链路接收终端接收飞机数据然后实时传递到数据服务器，数据服务器中的接口程序将数据解析并传到交换机，各监控单元通过组播协议接收交换机的数据信息并在监控界面上实时显示，实现对无人机各子***状态的实时监控和超限报警等功能，最终实现工作状态显示与故障预警。态势显示单元由态势显示计算机和液晶电视构成，态势显示计算机通过交换机接收数据链路接收终端的飞行数据，显示飞行起降视频画面、空域地图画面和飞机主要状态信息，使技术保障人员掌握飞机的空域位置和飞行状态。工作现场监控单元由多个高清摄像头、无线AP、无线控制器、摄像机存储控制器和液晶电视组成，高清摄像机通过无线网络将工作现场视频信息传递给无线AP，无线AP通过无线控制器传给交换机，摄像机存储控制器获取视频信息后存储并通过液晶电视显示，技术保障和指挥人员可以实时掌握工作现场动态和保障人员一手工作情况，监控各岗位人员操作细节，明确工作责任，并可通过语音通讯***实施远程技术指导。

软件子***的开发采用模块化设计思想，合理划分软件功能模块，除了要满足人机功效外，还要考虑***运行的可靠性、稳定性、高效性和实时性。监控界面程序基于LabView软件编写，监控数据设连续量和开关量，显示样式包括数值、曲线、刻度条、仪表指针、指示灯、示意图等方式。设置语音和信号告警功能，故障等级分为一级红色告警、二级橙色告警和三级黄色告警，一级告警将严重影响飞机安全，若不及时处理将导致重大飞行事故；二级告警目前不影响飞行安全，但该故障可能导致故障升级，从而影响飞行安全；三级告警不影响飞行平台安全，但无法正常执行任务。当参数出现异常时及时发出告警信息，技术保障人员可以迅速查找原因并给出处置措施，以发动机***监控单元为例，监控界面如图3所示。态势显示程序基于ArcGIS和Google Earth平台开发，接收飞机状态数据，以二维和三维方式实时显示无人机规划航路、飞行轨迹和数字地图信息，同时叠加定位信息、速度信息和飞行姿态，直观的显示飞机当前状态和任务执行情况。接口程序利用Visual C++编程环境编写，完成数据的通讯、存储和回放，主要包括数据接收、数据解析、数据分发和数据存储等功能模块，图4是接口程序流程图。由于飞行数据解析复杂，还要同时与其他***进行多路实时通讯，为保证接口程序可靠稳定工作，采用单独的类来封装数据接收、解析、分发和存储模块，合理地利用计算机资源，也便于功能扩展和***维护。在数据通讯方面，数据接收模块开辟数据缓存区，存放地面链路数据终端发送的数据包；数据解析模块基于译码函数库的译码方式构建具备通用性的快速译码***，通过扩展译码函数库可以实现对不同无人机***的通用译码，满足***通用性的需求；数据分发模块以组播协议建立共享数据区，监控软件按通道需求从共享数据区中找出与之对应的数组，通过逻辑判断和非线性处理完成数据接收，通过显示界面实时显示；数据存储模块通过开辟缓冲内存对实时数据进行缓存，在存储完一帧数据后再从缓存中调用下一组数据，采用多线程和缓存队列的方法解决瞬时数据激增时数据丢包率增加的问题。

外部接口服务子***包括供电配电和网络设备等，无人机地面监控***内的用电设备均采用220V供电，设置油机两路备份供电，当出现市电停电或缺相时备份转换。在计算机供电上，备有带UPS的稳压电源，保证停电时不间断供电10分钟以上，给供电转换准备时间。网络设备主要包括网络服务设备和数据交换设备，为数据交互提供平台。

Claims (1)

1.一种无人机通用地面监控***，包括车载平台子***、硬件子***、软件子***、外部接口服务子***，所述的车载平台子***由客车改装设计而成，硬件子***由数据监控单元、态势显示单元和工作现场监控单元三大功能模块构成，软件子***采用模块化设计思想，合理划分不同功能模块，以C++、LabView等为主要开发工具进行设计，主要包括接口程序模块、监控程序模块和态势显示模块，外部接口服务子***主要由供电配电和网络设备构成，是软、硬件连接的桥梁。其特征在于：无人机通过数传电台将飞机各***数据传给数据链路接收终端，数据链路接收终端通过以太网转换器将数据通过组播协议传输到交换机，软件子***通过接口程序读取从交换机传来的监控数据包，解析后传给数据监控软件和态势显示软件进行显示；高清监控摄像机将视频数据通过无线网络传输给无线AP，无线AP通过交换机将视频数据传输给摄像机存储控制器，通过液晶电视显示工作现场画面；***采用模块化的设计思想，可以配置相应功能模块以适应不同型号无人机的需求，实现无人机地面监控***的通用化，减少重复开发。