CN108196569A - 一种通用无人机地面站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用无人机地面站，包括地面控制计算机、显示终端、数据链设备；所述地面控制计算机包括飞控计算机和任务载荷计算机，飞控计算机、任务载荷计算机上均安装无人机的飞控软件以及载荷控制软件；所述数据链设备包括图传电台、数传电台；数传电台通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连；图传电台包括数传模块和图传模块；数传模块通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连，图传模块连接交换机，交换机与飞控计算机和任务载荷计算机之间通过网络连接；飞控计算机和任务载荷计算机之间通过串口进行数据交换；本发明地面站中飞控计算机和任务载荷计算机互为备份，提高了设备可靠性。
Description
技术领域
本发明属于无人机指挥控制领域，特别涉及一种便携式无人机地面站。
背景技术
地面指挥控制站是无人机***的重要组成部分，主要由计算机、显示终端、数据链、载荷遥控台等设备组成。目前，无人机地面站主要有三种形式：即车载方舱、移动指控车和便携式地面站。便携式地面站适用于小型无人机的地面指挥控制，其集成度高，成本低，便携性强，转场方便，广泛应用于无人机领域。
现有的便携式无人机地面站大多是为特定机型设计的专用地面站，一般只配备一台计算机和一个显示终端，无备份功能，数据通讯链路多采用外置方式，通用性、扩展性不强，集成度不高。因此，设计一种具有多个显示终端、集成数据链路且具有备份功能的便携式无人机地面站，可以为无人机地面指挥控制提供更强大的平台支持
发明内容
本发明解决的技术问题是：设计一种具有多个显示终端、集成数据链路且具有备份功能的通用无人机地面站。
本发明尤其提供一种便携式的无人机地面站。
本发明的技术方案一是：一种便携式通用无人机地面站，包括地面控制计算机、显示终端、数据链设备；
所述地面控制计算机包括飞控计算机和任务载荷计算机，飞控计算机、任务载荷计算机上均安装无人机的飞控软件以及载荷控制软件；所述数据链设备包括图传电台、数传电台；数传电台通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连；图传电台包括数传模块和图传模块；数传模块通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连，图传模块连接交换机，交换机与飞控计算机和任务载荷计算机之间通过网络连接；飞控计算机和任务载荷计算机之间通过串口进行数据交换；
所述显示终端包括三个显示界面，显示界面1与飞控计算机相连，显示界面3与任务载荷计算机相连；
无人机执行任务过程中，飞控计算机、任务载荷计算机分别运行安装在各自计算机上的飞控软件和载荷控制软件，任务载荷计算机通过串口将上行载荷遥控数据发送至飞控计算机，飞控计算机将上行飞行遥控数据和上行载荷遥控数据组帧后通过数传电台发送至无人机；下行飞行状态信息以及下行载荷状态信息通过数传电台发送至飞控计算机，由飞控计算机通过串口将接收的下行信息发送至任务载荷计算机；下行的载荷图像信息通过图传电台接入交换机；飞控计算机、任务载荷计算机通过网络从交换机获取下行载荷图像信息；由显示界面1、显示界面3对飞行状态及载荷状态进行显示；
当地面控制计算机中一台计算机出现故障或者数据链设备中某一电台出现故障时，通过串口切换器将无故障计算机与无故障电台相连，由无故障计算机同时运行飞控软件和载荷控制软件。
本发明的技术方案二是：一种便携式通用无人机地面站，包括地面控制计算机、显示终端、数据链设备；
所述地面控制计算机包括飞控计算机和任务载荷计算机，飞控计算机、任务载荷计算机上均安装无人机的飞控软件以及载荷控制软件；所述数据链设备包括图传电台、数传电台；数传电台通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连；图传电台包括数传模块和图传模块；数传模块通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连，图传模块连接交换机，交换机与飞控计算机和任务载荷计算机之间通过网络连接；飞控计算机和任务载荷计算机之间通过串口进行数据交换；
所述显示终端包括三个显示界面，显示界面1与飞控计算机相连，显示界面3与任务载荷计算机相连；
无人机执行任务过程中，飞控计算机、任务载荷计算机分别运行安装在各自计算机上的飞控软件和载荷控制软件，飞控计算机通过数传电台发送上行飞行遥控数据并接收下行飞行状态信息，任务载荷计算机通过数传模块发送上行载荷遥控数据并接收下行载荷状态信息，通过图传模块接收下行载荷图像信息并接入交换机；飞控计算机、任务载荷计算机通过串口将各自的上行发送信息、下行接收信息进行交换，并从交换机中获取下行载荷图像信息；由显示界面1、显示界面3对飞行状态及载荷状态进行显示；
当地面控制计算机中一台计算机出现故障或者数据链设备中某一电台出现故障时，通过串口切换器将无故障计算机与无故障电台相连，由无故障计算机同时运行飞控软件和载荷控制软件。
进一步的，还包括载荷控制台，数传模块通过串口切换器与飞控计算机、任务载荷计算机、载荷控制台相连；当选择通过载荷控制台发送上行载荷控制信息时，通过串口切换器将载荷控制台与数传模块相连，通过操作载荷控制台上的按键或者摇杆，实现无人机上任务载荷的控制。
进一步的，所述的显示终端还包括显示界面2，显示界面2通过USB切换器以及HDMI切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连。
进一步的，显示界面2通过HDMI切换器与外部HDMI接口相连，对地面站外部输入的图像信息进行显示。
进一步的，通过市电给地面站供电，同时给电池充电，市电断电后，立即切换到电池供电，确保地面站不停机。
进一步的，图传电台和数传电台均配备天线，当无人机飞行半径在10km以内时，采用全向天线；当超过10km时，采用定向天线。
进一步的，定向天线要外置且增益≥12dBi。
进一步的，显示终端优先选用带有触摸功能的液晶屏；液晶屏采用高亮液晶屏，屏幕亮度≥800nits。
进一步的，整个地面站设计成一个便携式仪器箱，该仪器箱包括上箱体和下箱体；将显示界面1和显示界面2设置在上箱体上，其他设备集成在下箱体上，上箱体与下箱体的连接处设置可伸缩的套管，显示界面1、显示界面2与其他设备的连线放置在套管内。
本发明与现有技术的优点在于：
1、本发明提供了一种通用的便携式无人机地面站，其中飞控计算机和任务载荷计算机互为备份，提高了设备可靠性；
2、地面站集成数传电台和图传电台，能够同时实现数据传输和图像传输，其中，图传电台带有数传模块，与数传电台互为备份，提高了数据传输的可靠性；
3、地面站设置三个显控终端，可以更为全面地显示无人机状态信息、载荷图像、三维态势信息等，提高了地面站的可视化水平，增强了操作人员的战场态势意识，提高工作和决策效率；
4、地面站安装载荷控制软件，同时设置载荷控制台，既能够通过软件实现载荷控制，又能够通过载荷控制台上的按键和摇杆实现载荷控制；
5、地面站设置多种人机交互方式，包括：键盘、鼠标、触摸控制、按键、摇杆，增强了人机交互水平，减轻操作员工作负荷。
6、地面站可以设置丰富的外部接口，可与外部设备进行数据交换，方便携带，通用性强、集成度高、可靠性高，可满足无人机指挥控制需求。
附图说明
图1为便携式地面站组成原理图；
图2为便携式地面站一种具体实施方式的外观简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种便携式通用无人机地面站，主要由飞控计算机、任务载荷计算机、触摸屏、图传电台、数传电台、交换机、切换器、载荷控制台、键鼠以及外部接口组成。
飞控计算机和任务载荷计算机上均安装无人机的飞控软件以及载荷控制软件；数传电台通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连；图传电台包括数传模块和图传模块；数传模块通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连，图传模块连接交换机，交换机与飞控计算机和任务载荷计算机之间通过网络连接；飞控计算机和任务载荷计算机之间通过串口进行数据交换。
显示界面1(本例中采用触摸屏1)通过VGA接口和USB接口与飞控计算机相连，显示界面3(触摸屏3)通过VGA接口和USB接口与任务载荷计算机相连。显示界面2(触摸屏2)通过USB切换器分别于飞控计算机和任务载荷计算机相连，通过HDMI切换器分别于飞控计算机、任务载荷计算机以及外部接口1中的HDMI IN相连。
无人机执行任务过程中，飞控计算机、任务载荷计算机分别运行安装在各自计算机上的飞控软件和载荷控制软件，由触摸屏1、触摸屏3对飞行状态及载荷状态进行显示。计算机和无人机之间的遥控遥测可通过两种方式实现。
第一种方式：任务载荷计算机通过串口将上行载荷遥控数据发送至飞控计算机，飞控计算机将上行飞行遥控数据和上行载荷遥控数据组帧后通过数传电台发送至无人机；下行飞行状态信息以及下行载荷状态信息通过数传电台发送至飞控计算机，由飞控计算机通过串口将接收的下行信息发送至任务载荷计算机；下行的载荷图像信息通过图传电台接入交换机；飞控计算机、任务载荷计算机通过网络从交换机获取下行载荷图像信息。
第二种方式：飞控计算机通过数传电台发送上行飞行遥控数据并接收下行飞行状态信息，任务载荷计算机通过图传电台的数传模块发送上行载荷遥控数据并接收下行载荷状态信息，通过图传电台的图传模块接收下行载荷图像信息并接入交换机；飞控计算机、任务载荷计算机通过串口将各自的上行发送信息、下行接收信息进行交换，并从交换机中获取下行载荷图像信息。
当飞控计算机和任务载荷计算机中有一台出现故障，或者数传电台和图传电台有一台出现故障时，通过串口切换器将无故障计算机与无故障电台相连，由无故障计算机同时运行飞控软件和载荷控制软件。
三个触摸屏均采用高亮显示屏，屏幕亮度不小于800nits，满足户外强光下的使用要求。其中触摸屏1显示飞控状态，触摸屏3显示载荷状态。地面站在正常使用情况下，触摸屏2与任务载荷计算机相连，显示载荷图像信息；当任务载荷计算机出现故障时，触摸屏2可通过USB切换器和HDMI切换器与飞控计算机相连，从而显示飞控计算机画面。外部接口1中的HDMI IN可以连接外部输入图像，通过HDMI切换器与触摸屏2相连，从而将外部输入图像显示在触摸屏2上。
载荷控制台包括按键、霍尔摇杆和采集板卡；图传电台的数传模块通过串口切换器与飞控计算机、任务载荷计算机、载荷控制台相连；当选择通过载荷控制台发送上行载荷控制信息时，通过串口切换器将载荷控制台与数传模块相连，可使用按键和霍尔摇杆实现无人机上任务载荷的控制。
便携式通用无人机地面站的电源***包括直流电源和锂电池，市电输入时，由直流电源给设备供电，同时直流电源可以给电池充电；市电断开时，自动切换到电池供电，实现地面站不间断供电。
图传电台和数传电台均配备天线，当无人机飞行半径在10km以内时，采用全向天线；当超过10km时，采用定向天线，定向天线要外置且增益≥12dBi。
地面站设有外部接口1和外部接口2，可与外部设备进行数据交换，通用性好、扩展性强，可以满足更多无人机指控需求。
便携式通用无人机地面站的一个具体实施例如图2所示，图中展示了地面站集成后的外部布局简图。
地面站主要由上箱体1和下箱体7组成。上箱体面板上设置两个触摸显示终端，左触摸屏1(图1中的触摸屏1)与飞控计算机相连，主要显示飞控状态；右触摸屏2(图1中的触摸屏2)一般与任务载荷计算机相连，主要显示载荷图像信息。上箱体面板上还设置有电量显示器14，用于显示地面站锂电池的电量，电量显示器14上面设置两个天线接口，其中天线接口15为图传电台天线接口，天线接口16为数传电台天线接口。
下箱体面板上设置接口面板4和12，键盘6和11，触摸显示终端5(图1中的触摸屏3)，载荷控制台8，散热风扇面板9，附件箱盖板10。
其中接口面板4上设置任务载荷计算机的外部接口(图1中的外部接口1)、电源开关、设备开关、散热孔；接口面板12上设置飞控计算机的外部接口(图1中的外部接口2)、串口切换器按键、USB切换器按键、HDMI切换器按键、散热孔；计算机的外部接口主要包括网口、USB接口、耳麦接口、串口、HDMI接口。键盘6为任务载荷计算机键盘，键盘11为飞控计算机键盘。触摸显示终端5与任务载荷计算机连接，显示载荷状态。载荷控制台8可以通过按键、霍尔摇杆控制无人机上的任务载荷。散热风扇面板9上装有散热风扇，满足下箱体里面的设备散热需求。打开附件箱盖板10，可以在附件箱内存放鼠标、飞行遥控器、线缆等。
另外地面站上下箱体之间还设置了走线套管3，可以保护上下箱体之间的连接线缆免受损伤，同时使设备更加美观。走线套管3为了适用上下箱体之间的打开关闭旋转，安装在上下箱体的相对转动轴线上，且采用可伸缩套管的形式。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (10)
1.一种通用无人机地面站，其特征在于：包括地面控制计算机、显示终端、数据链设备；
所述地面控制计算机包括飞控计算机和任务载荷计算机，飞控计算机、任务载荷计算机上均安装无人机的飞控软件以及载荷控制软件；所述数据链设备包括图传电台、数传电台；数传电台通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连；图传电台包括数传模块和图传模块；数传模块通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连，图传模块连接交换机，交换机与飞控计算机和任务载荷计算机之间通过网络连接；飞控计算机和任务载荷计算机之间通过串口进行数据交换；
所述显示终端包括三个显示界面，显示界面Ⅰ与飞控计算机相连，显示界面Ⅲ与任务载荷计算机相连；
无人机执行任务过程中，飞控计算机、任务载荷计算机分别运行安装在各自计算机上的飞控软件和载荷控制软件，任务载荷计算机通过串口将上行载荷遥控数据发送至飞控计算机，飞控计算机将上行飞行遥控数据和上行载荷遥控数据组帧后通过数传电台发送至无人机；下行飞行状态信息以及下行载荷状态信息通过数传电台发送至飞控计算机，由飞控计算机通过串口将接收的下行信息发送至任务载荷计算机；下行的载荷图像信息通过图传电台接入交换机；飞控计算机、任务载荷计算机通过网络从交换机获取下行载荷图像信息；由显示界面Ⅰ、显示界面Ⅲ对飞行状态及载荷状态进行显示；
当地面控制计算机中一台计算机出现故障或者数据链设备中某一电台出现故障时，通过串口切换器将无故障计算机与无故障电台相连，由无故障计算机同时运行飞控软件和载荷控制软件。
2.一种通用无人机地面站，其特征在于：包括地面控制计算机、显示终端、数据链设备；
所述地面控制计算机包括飞控计算机和任务载荷计算机，飞控计算机、任务载荷计算机上均安装无人机的飞控软件以及载荷控制软件；所述数据链设备包括图传电台、数传电台；数传电台通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连；图传电台包括数传模块和图传模块；数传模块通过串口切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连，图传模块连接交换机，交换机与飞控计算机和任务载荷计算机之间通过网络连接；飞控计算机和任务载荷计算机之间通过串口进行数据交换；
所述显示终端包括三个显示界面，显示界面Ⅰ与飞控计算机相连，显示界面Ⅲ与任务载荷计算机相连；
无人机执行任务过程中，飞控计算机、任务载荷计算机分别运行安装在各自计算机上的飞控软件和载荷控制软件，飞控计算机通过数传电台发送上行飞行遥控数据并接收下行飞行状态信息，任务载荷计算机通过数传模块发送上行载荷遥控数据并接收下行载荷状态信息，通过图传模块接收下行载荷图像信息并接入交换机；飞控计算机、任务载荷计算机通过串口将各自的上行发送信息、下行接收信息进行交换，并从交换机中获取下行载荷图像信息；由显示界面Ⅰ、显示界面Ⅲ对飞行状态及载荷状态进行显示；
当地面控制计算机中一台计算机出现故障或者数据链设备中某一电台出现故障时，通过串口切换器将无故障计算机与无故障电台相连，由无故障计算机同时运行飞控软件和载荷控制软件。
3.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：还包括载荷控制台，数传模块通过串口切换器与飞控计算机、任务载荷计算机、载荷控制台相连；当选择通过载荷控制台发送上行载荷控制信息时，通过串口切换器将载荷控制台与数传模块相连，通过操作载荷控制台上的按键或者摇杆，实现无人机上任务载荷的控制。
4.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：所述的显示终端还包括显示界面Ⅱ，显示界面Ⅱ通过USB切换器以及HDMI切换器与飞控计算机和任务载荷计算机相连。
5.根据权利要求4所述的地面站，其特征在于：显示界面2通过HDMI切换器与外部HDMI接口相连，对地面站外部输入的图像信息进行显示。
6.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：通过市电给地面站供电，同时给电池充电，市电断电后，立即切换到电池供电，确保地面站不停机。
7.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：图传电台和数传电台均配备天线，当无人机飞行半径在10km以内时，采用全向天线；当超过10km时，采用定向天线。
8.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：定向天线要外置且增益≥12dBi。
9.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：显示终端优先选用带有触摸功能的液晶屏；液晶屏采用高亮液晶屏，屏幕亮度≥800ni ts。
10.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于：整个地面站设计成一个便携式仪器箱，该仪器箱包括上箱体和下箱体；将显示界面1和显示界面2设置在上箱体上，其他设备集成在下箱体上，上箱体与下箱体的连接处设置可伸缩的套管，显示界面1、显示界面2与其他设备的连线放置在套管内。
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