Analysis of Design Directions for Ground Control Station (GCS)

This study is a preparation phase for integrated visualization of battlefield situation. To develop the ground control station for unmanned systems, many factors have to be considered from the design stages, such as layout, information component, representation scheme, and human operation methods. Considering such many factors can be very difficult, hence we conducted an in-depth investigation of design factors from major UAV stations around the world. We analyzed the design characteristics and the specifics. In conclusion, we were able to derive some common aspects of design characteristics, which lead to the successful design approach.

无人机地面控制站通用化研究

无人机地面控制站作为无人机系统的信息汇聚中心和指挥控制中心,是保障飞行安全、遂行作战任务和共享侦察载荷信息的关键,同时也是无人机与其他作战力量实现互联互通的重要手段。目前不同的飞机平台单位、甚至相同单位不同的团队设计的地面控制站也无法通用,文中通过分析目前地面控制站现状,构建通用地面控制站型谱,建立通用化标准体系,设计系统和软件体系架构,提出无人机通用地面控制站关键技术解决方案。

UAV地面监测系统

地面监测系统在UAV自主导航与多设备协同通信中充当着重要的角色,监测站可完成对UAV的飞行姿态、参数调整、信息获取以及航线的手动规划。本文提出一套适用于UAV自动导航系统的地面监测站,该系统包括UAV基础参数监测、编队状态监测、图像数据接入等功能,依托数字信号传输设备与数字图像传输设备完成地面战与UAV的实时通信。测试结果表明,本文所设计的地面监测平台可满足UAV在自主导航时的信息监测需求。

无人机物流系统的自动卸货装置设计

为解决携带货物的无人机到达地面物流站后仍需人工或大型卸货装置进行接货、卸货的问题,对智慧物流系统地面站的自动卸货装置进行研究,通过Solidworks建立自动卸货装置三维模型,对开舱部分的关键受力零件进行有限元分析;搭载试验平台,将重量范围分别在(0,1)kg,[1,5)kg,[5,8]kg的快递分别连续测试20次。测试结果表明,自动卸货装置测试成功率均为100%,能够实现对无人机吊舱中(0,8]kg快递的卸货。自动卸货装置总体运行良好,能够较好地满足工作要求,为无人机智慧物流系统的全自动化奠定基础。

一种新型单涵道式无人机控制系统设计

无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的应用场景的多样化及复杂化对飞行器的功能、性能、安全性提出了新的挑战。提出一种兼具垂直起降、空中悬停和高速飞行能力且安全性更高的新型单涵道式飞行器整体设计,分析并推导飞行器的动力学方程以降低系统的耦合性。为了提高系统的实时性与鲁棒性,在飞行器软件系统中移植UCOSⅢ,并基于双闭环比例微分积分(proportion integral derivative,PID)算法设计其姿态控制器。通过Unity3D和C#编写兼具模拟飞行的地面站程序实现多平台控制,最终完成飞行器样机的总体设计且通过试飞实验验证其飞行性能。研究成果对单涵道飞行器的实际工程应用具有重要的借鉴意义。

无人机地面控制站软件通用化研究

无人机地面控制站作为无人机系统的核心,主要功能包括任务规划、飞行监视与控制、任务载荷监视与控制、链路监视与控制、综合数据管理和情报分发等。经过多年建设,我国无人机地面控制站运用体系已初步形成,但仍然存在各型号无人机地面控制站不通用的问题。软件系统是地面控制站的核心,同样面临如何实现通用化的问题,通过分析地面控制站的软件通用化技术途径,利用“通用模块+专用模块”的设计思路,建立基于数据分发服务(DDS)的地面控制站软件架构,给出一种通用的软件模块划分方法。按照该种设计方法基本可以实现地面控制站软件通用化,再结合地面控制站硬件通用化设计,能够推动地面控制站通用化发展。

多站任务协同无人机显示交互性能评估研究

通过分析小型与中/大型控制站联合控制无人机的任务协同方式及影响其任务完成效率的相关显示交互因素,构建了多站任务协同无人机的显示交互指标体系。运用正向标准化和专家评价法的指标量化方法分别表征定量、定性指标值,并基于群决策的层次分析法对显示交互性能进行评估与分析。通过某型控制站的算例,表明了所提的评估方法可以为无人机显示交互方案设计提供有力的决策支持,具有良好的推广应用潜质。

多线程在无人机地面站软件飞行数据回放中的应用

无人机地面站软件是整个无人机系统的地面指挥控制中心,可以用来实时监测无人机状态信息,上传无人机任务命令。无人机结束飞行任务后,操作人员常需要通过数据回放对飞行数据进行分析。为满足回放数据读取与界面显示的高效衔接,提升系统资源的利用率和系统性能,需要在无人机地面站软件开发中引入多线程。文章分析了多线程技术的必要性和Qt中多线程的编程方法,给出了无人机地面站软件飞行数据回放模块框架,并利用Qt中的QThread类定义数据读取线程和界面显示线程,采用信号与槽连接两个线程,实现飞行数据的回放显示。

基于CAN总线的无人机地面站操纵控制系统

针对无人机地面控制站操纵台的使用特点,提出了一种基于CAN总线技术的网络式操纵控制系统,阐述了系统组成原理,设计了软硬件方案,规定了系统整体控制策略。实验表明,控制系统延时小,运行稳定且易于扩展,具有很强的应用价值。

无人机倾斜摄影测量与地面三维激光扫描的精度对比

无人机倾斜摄影以及地面三维激光扫描等新型测绘技术近年来快速发展,在诸多领域得到了广泛应用。为此,文章以某科技园为例,对无人机倾斜摄影测量与地面三维激光扫描的精度进行对比。通过对精度结果进行分析得出:无人机航测地面点的精度优于房角点,但是三维激光扫描房角点的精度优于地面点;无人机航测与三维激光扫描的平面精度相当,但在高程精度方面,三维激光扫描精度显著高于无人机航测精度。实践证明,将无人机倾斜摄影测量和三维激光扫描技术相结合,能大大提高测量效率并降低劳动强度。

三维测量技术在体积测量中的应用研究

为快速获取不规则堆体的体积信息,本文采用无人机倾斜摄影测量法、无人机三维激光扫描法和站式三维激光扫描法等三维测量技术获取目标物及周边地形的高精度表面信息,通过构建三角网计算得到堆体的体积信息,提高了测量的精度和效率。结合露天粮堆体积测量验证了倾斜摄影和三维激光扫描法的可靠性。

无人机地面控制站设计与应用

为了实现无人机系统的飞行操纵、数据链管理和机载任务设备控制,设计了无人机地面控制站;文中介绍了系统基本工作原理和主要功能构成,并对无人机地面控制站的功能要求和技术指标进行了分析,提出了基于基本功能单元的设计准则,以实现系统软硬件的模块化、组合化设计;依据设计原则对地面站的基本功能进行了抽取和设计,并对基本功能单元中的软硬件内容和接口关系进行了详尽的描述;飞行实验表明该设计达到了系统技术指标要求,满足系统对地面控制站的功能性要求。

无人机地面站控制台软件设计

介绍了无人机地面站控制台软件的功能模块,讨论了该软件的设计问题。该软件是在美国NI公司出品的虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI上开发的,具有直观与完备的可视化界面,简便易学的操作等特点。该软件经过系统的联调后,从联调结果分析,该软件满足了系统所要求的各项指标。无论从稳定性,还是从实时性上都有相当好的表现。

面向民航无线电监测的无人机地面站系统开发

针对基于无人机进行空中无线电监测时,无人机操作与无线电监测任务需要不同人员完成的问题,通过对Mission-Planner开源地面站进行二次开发,将无线电信号测向定位功能融入传统地面站,实现了一个人对无人机的控制和无线电监测;最后进行了空中无线电监测及交叉定位测试,测试结果验证了空中无线电监测的优越性及开发地面站系统的可行性;该系统对提高民航无线电的监测效率,具有一定的实际指导意义。

基于Matlab和VC++混合编程的无人机地面控制站实现

通过分析无人机(UAV)系统对地面控制站的需求,介绍了地面控制站的结构和功能。鉴于Matlab在数值分析和图形处理上的优势,提出了采用Matlab和VC++混合编程技术实现地面控制站的数据分析功能。根据UAV对不同飞行任务的需求,实现了在同一地面控制站中两种坐标系下导航电子地图的自由切换。该地面控制站具有实时性强、稳定性好、人机界面友好等优点,已在某型号UAV飞行实验中得到了充分的检验与应用。

基于VC++的无人机飞控地面站软件的开发

针对某型无人机飞行监测和控制的要求,以VC++可视化语言为开发工具,嵌入NI控件,设计了一套操作方便、功能强大的飞控地面站软件系统;软件基于模块化设计思想,采用串口通信和以太网两种通信方式,串口通信上,实现了遥测数据的实时显示、数据库存储、故障提示和遥控指令的定时发送等功能;以太网通信上,很好地实现了与导航地面站的接口设计;经过实际联调,系统运行良好,通信实时性很高,很好地完成了各部分功能,并具有很好的扩展性。

支持网络化应用的无人机CGCS功能体系研讨

以适应未来联合作战为目标,从无人机通用地面控制站(CGCS)的组成及其网络化应用模式出发,分析了支持网络化应用的无人机CGCS主要功能需求,研究了网络化条件下的CGCS功能体系,并提出了CGCS网络化应用所涉及的关键技术。

无人机地面控制站通用化软件架构

通用化是无人机地面控制站的重要发展趋势。开展通用化软件架构研究,对于实现无人机地面控制站通用化至关重要。以指挥控制软件为例,结合其操作流程和功能,分析了通用化软件架构设计需求,提出了软件架构设计的流程和原则,给出了通用化软件架构设计的具体实现。

无人直升机地面站系统组件化分布式设计与实现

无人直升机地面站开发是一个复杂的软件设计过程,提高其开发效率的关键在于有效地解决系统结构耦合和模块间实时通信问题。本文在CORBA事件服务机制和TAO实时通信服务品质的基础上,设计了用于Windows平台的事件提供者COM组件和事件消费者COM组件,实现了分布式无人直升机地面站系统组成组件对象间的解耦和实时数据通信。以事件提供者和消费者COM组件为分布式通信基础,以COM组件模型为实现手段,地面站各功能模块得以快速建立和调试。最终,分布式无人直升机地面站系统通过组件包容得以集成,系统的修改和升级也较以往更方便,说明了本文提出的将COM和CORBA相结合的组件化设计模式在构造复杂分布式实时应用系统方面具有明显的优势。

基于WPF技术的无人机地面站软件设计与实现

针对目前无人机地面站软件分辨率适应性差、航线规划效率低、虚拟仪表实现方法复杂和译码编码扩展性差的不足,提出一种基于Windows Presentation Foundation (WPF)技术的地面站软件设计方案。利用WPF的分辨率无关特性,解决界面在不同分辨率下变形的问题;将WPF用户控件嵌入电子地图,增加地图显示和操作的多样性,运用事件机制实现"所见即所得"的航线规划功能;提出一种基于图形对象的虚拟仪表实现方法,可简单灵活地定制仪表样式;通过XML技术对通讯协议格式进行记录,分离译码编码算法与执行代码,提高译码编码的扩展性和执行效率。测试和实用效果表明,上述问题得到较好解决,无人机地面站软件运行良好。