一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統的製作方法

2023-05-26 00:06:36

專利名稱：一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種信息監控系統，尤其涉及一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，屬於無人機監控技術領域。
(二)
背景技術：
雖然現代飛行控制系統的自動化程度越來越高，但飛行員始終是決定性的因素。在戰鬥環境中，使飛行員能直觀逼真地觀察到大量關鍵的飛行信息，是無人直升機地面測控站信息處理系統的首要任務。對於飛行員來說，實時航行環境及儀器儀表的圖形圖像化將比真實的儀表提供更多更明確的信息。隨著航空電子顯示控制系統的更深一步的綜合化，尤其是在計算機可視化技術逐步成為對大量數據進行分析的有效手段以後，可以通過軟體來改善人機接口，進一步實現人機接口的可視化、智能化，控制和顯示隨即變得直觀化、簡單化。這樣可以充分利用飛行員的視覺和聽覺潛能，使飛行員從單純的系統操作人員轉為領航管理決策人員。
在地面測控站實時信息監控系統中，應用飛行數據可視化技術，與以往常規儀表控制系統相比具有以下優點-
1、 計算機運行速度快，且有分時操作功能，利用飛行數據可視化技術可以產生各種航空儀表，代替多臺常規模擬儀表；
2、 計算機有記憶和判斷功能，在飛行參數發生變化時，能及時綜合各種可能情況，並做出相應的判斷處理，從而選擇合理的控制方案；
3、 計算機可以將各種飛行數據集中顯示，同時顯示各種畫面，給操作控制帶來很大的方便；
4、 在顯示各種畫面的同時，運用計算機將數據進行存儲，在飛行結束後，回放整個飛行過程，對飛行品質進行有效的分析。
4(三)
發明內容
1.目的
本發明的目的在於提供一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控 系統，該系統克服了傳統技術的不足，它能實時、準確地將共軸式無人直升機飛 行全過程(起飛、懸停、巡航、下滑和著陸)及全空域(視距內和視距外)飛行 控制所需要的運動參數(質心運動參數和圍繞質心運動參數)及狀態數據以可視 化的形式(數字、曲線、儀表和符號等)提供給飛行員，為共軸式無人直升機的 飛行安全和飛行任務的完成，提供了技術基礎和安全保障。 2.技術方案
一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，它是由天線系統、 遙測接收機、遙測數據解密解碼設備、遙控發射機、遙控指令產生器(以上為現 有技術)和監控主機和顯示設備組成。(見圖l)。其中，遙控指令產生器與遙控 發射機和監控主機交聯，構成遙控迴路，遙控發射器與天線系統交聯，構成發射 迴路，遙測接收機與天線系統、遙測數據解密和解碼系統交聯構成遙測迴路，監 控主機和顯示設備與遙測數據解密和解碼系統、遙控指令產生器交聯，構成地面 測控站實時信息監控系統，以實現實時信息的監控。
所述監控主機是PC工業控制計算機，為個人計算機體系結構，它由5部分 組成含CPU內存的主板、顯示板、硬碟(160G)、電源、遙測數據解碼板。 作業系統為Windows98，其上裝有應用程式，應用程式為。++6.0面向對象的模 塊化結構。
所述顯示設備是兩個19英寸彩色顯示器，型號為三星S190，解析度 1280x1024以上。
所述主板為研華工業主板型號為PCA-6006，支持/DDR/VGA/Fast Ethernet Lan/HISA (400/533 MHz FSB)Socket 478 Pentium 4/Celeron ， CPU內存為金士頓 2GB DDR2腸。
所述顯示板為GeForce 6600 GT顯卡。
所述硬碟為希捷160G 7200.10 8M。
所述電源為ATX250W工業電源，型號為FSP250-60ATVATX 。 所述遙測數據解碼板是PCI板卡,其功能實現遙測和遙控數據的採集與處理，
5為地面測控站實時信息監控系統提供數據。
該系統的信號走向是來自遙控指令產生器的遙控信號經監控主機串口送入監控主機，同時遙控指令經遙控發射機和天線系統發射出去，控制無人直升機飛行，天線系統將遙測數據經遙測接收機接收回來，遙測接收機接收的遙測數據通過遙測數據解密和解碼設備傳送到監控主機，其上的應用程式對數據作相應的處理，在顯示設備上顯示出來。
在共軸式無人直升機飛行過程中將飛行數據實時地通過遙測設備傳送到地面測控站實時信息監控系統，將數據作相應處理後，應用飛行數據可視化軟體實時動態顯示出來，供飛行員和指揮員監控使用。即在地面測控站信息處理系統中用軟體方法模擬飛行員駕駛艙中的各種模擬物理儀表，將各種飛行數據參數圖形化，從而更好地完成飛行任務。在飛行任務結束後，對於關鍵參數用較直觀的變化曲線形式表示出來。軟體流程圖見圖2所示。具體說明如下
首先，啟動程序後進行數據讀入創建新的事件。同時，監測串口狀態，當串口無數據時就處於監測狀態，在監測狀態耗費極少的時間；當有數據到來時，結束監測狀態。監測狀態結束時，讀取串口數據，存放於數組中，其類型為字節型，然後調用發消息給主線程，對數據作出處理。對於數據接收線程的啟動和退出，是由菜單命令"接收數據"("停止接收")來控制的。最後，關閉串行口以釋放控制權，使它可以被別的程序使用。
共軸式無人直升機飛行數據可視化界面顯示了幾十個共軸式無人直升機的飛行數據和狀態參數，其中以航空儀表方式顯示的有發動機轉速、缸頭溫度、滑油溫度、滑油壓力、油量、俯仰角、傾斜角、航向角、空速、升降速度、氣壓高度、無線電高度和油門等參數，以字符形式顯示的有遙控指令，包括縱向操縱量、橫向操縱量、航向操縱量、總距操縱量、油門操縱量、高度設置和開關量參數等，導航參數包括GPS信息，即經度、緯度、高度、東向速度、北向速度、航向速度、時間、GPS狀態、飛行距離、方位角和導航故障狀態等參數，以軌跡方式顯示的有航線規劃和飛行軌跡以及以告警燈顯示的十種告警狀態。
地面測控站信息處理系統的硬體包括監控主機和顯示設備等，如圖1中虛框所示。
圖1中，監控主機實時處理來自遙測系統的遙測數據，由顯示設備實時顯示各種遙測數據，供飛行員實時監測，保障無人直升機的飛行安全。
科學計算的可視化是把科學計算過程中所涉及與產生的數字信息轉變為形象
直觀的圖像、圖形形式表示的、可進行交互分析的靜態或動態畫面。3優點及功效
該系統依據飛行員的飛行習慣，將數據圖元化，為飛行員提供無人直升機飛行全過程及全空域飛行控制所需要的運動參數，為共軸式無人直升機的飛行安全和飛行任務的完成，提供了技術基礎和安全保障。
(四)


圖1地面測控站信息處理系統硬體組成方框示意2可視化軟體流程圖
(五)
具體實施例方式
見圖l、圖2所示，具體實施方式
如下一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，它是由天線系統、
遙測接收機、遙測數據解密解碼設備、遙控發射機、遙控指令產生器(以上為現
有技術)和監控主機和顯示設備組成。其中，遙控指令產生器與遙控發射機和監
控主機交聯，構成遙控迴路，遙控發射器與天線系統交聯，構成發射迴路，遙測
接收機與天線系統、遙測數據解密和解碼系統交聯構成遙測迴路，監控主機和顯
示設備與遙測數據解密和解碼系統、遙控指令產生器交聯，構成地面測控站實時
信息監控系統，以實現實時信息的監控。
所述監控主機是PC工業控制計算機，它是個人計算機體系結構，由5部分組成主板(含CPU、內存)、顯示板、硬碟(160G)、電源、遙測數據解碼板。作業系統為Windows98，其上裝有應用程式，應用程式為0++6.0面向對象的模塊化結構。
所述顯示設備是兩個19英寸彩色顯示器，型號為三星S190，解析度1280x1024以上。
所述主板為研華工業主板，型號為PCA-6006，支持/DDR/VGA/FastEthernetLan/HISA (400/533 MHz FSB)Socket 478 Pentium 4/Celeron ， CPU內存為金士頓2GB DDR2 800。
所述顯示豐反為GeForce 6600 GT顯卡。 所述硬碟為希捷160G 7200.10 8M。
所述電源為ATX 250W工業電源，型號為FSP250-60ATVATX
所述遙測數據解碼板是PCI板卡，其功能實現遙測和遙控數據的採集與處理， 為地面測控站實時信息監控系統提供數據。
該系統的信號走向是來自遙控指令產生器的遙控信號經監控主機串口送入 監控主機，同時遙控指令經遙控發射機和天線系統發射出去，控制無人直升機飛 行，天線系統將遙測數據經遙測接收機接收回來，遙測接收機接收的遙測數據通 過遙測數據解密和解碼設備傳送到監控主機，其上的應用程式對數據作相應的處 理，在顯示設備上顯示出來。
本系統採用地面監控計算機管理飛行數據，其中對地面遙控數據的採集採用 串口連接，對遙測數據的採集是以內存映射方式，與地面遙測數據採集設備進行 數據釆集、分析和轉換，採用雙屏顯示功能，完成飛機飛行參數的實時顯示，一 屏顯示主要的儀表參數，另一屏顯示飛機的軌跡，這樣擴大了指揮員和駕駛員的
視野，便於飛行員觀察控制。軟體流程圖見圖2，具體說明如下
首先，啟動程序後進行數據讀入創建新的事件。同時，監測串口狀態，當串
口無數據時就處於監測狀態，在監測狀態耗費極少的時間；當有數據到來時，結 束監測狀態。監測狀態結束時，讀取串口數據，存放於數組中，其類型為字節型， 然後調用發消息給主線程，對數據作出處理。對於數據接收線程的啟動和退出， 是由菜單命令"接收數據"("停止接收")來控制的。最後，關閉串行口以釋 放控制權，使它可以被別的程序使用。
共軸式無人直升機飛行數據可視化的顯示分兩個視圖，視圖布局以飛行參數 分類及參數與系統的聯繫程度為依據，經過多次反覆的試驗磨合設計而成。其中 航跡顯示佔一個視圖，以地平儀為主的儀表顯示佔一個視圖。在航跡顯示視圖中， 原點代表地面測控站的位置，該位置的導航數據通過對話框預先置入，用紅點表 示飛機當前位置，在地圖旁邊同時用字符顯示出飛機的導航數值，包括飛機的經 緯度、高度、當前時間、速度以及GPS的定位情況。
以地平儀為主的儀表參數顯示在另一個視圖中。考慮到共軸式無人直升機在飛行過程中，尤其是在視距之外，飛機的姿態對飛行員來說尤為重要，在此視圖 中將地平儀圖元放大到最大狀態，其它儀表在其周圍用較小的錶盤顯示，所有參 數在指針顯示的同時，用字符進行準確的顯示，以便使飛行員準確獲得飛機的飛 行信息。
圖形元的設計根據數據的特徵及飛行系統的要求，按照飛行員的習慣設計具 體如下
(1) 地平儀用蘭黃相間的實圓表示，蘭色代表天空，黃色代表陸地，飛機用 紅色飛機形狀圖符表示，機頭指向裡面，通過蘭黃線的上下移動表示飛 機的俯仰，飛機的傾斜直接用飛機的左右傾斜表示。
(2) 機上各儀表用黑色背景，白色指針，黃色字符的錶盤表示，錶盤上標有 刻度，指針圖符的轉動指示出當前的數值。
(3) 飛機的GPS數據直接用字符串表示，這主要包括飛機的經諱度、高度、 速度、當前時間以及GPS的定位情況。
(4) 飛行航跡用地圖表示，飛機用小紅圓點的運動實時繪製航跡。
(5) 當油量降到危險值時，以告警紅色點亮油量指示框，提醒飛行員當前的 油量值，避免事故的發生。
權利要求
1、一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，它是由天線系統、遙測接收機、遙測數據解密解碼設備、遙控發射機、遙控指令產生器、監控主機和顯示設備組成；其中，遙控指令產生器與遙控發射機和監控主機交聯，構成遙控迴路，遙控發射器與天線系統交聯，構成發射迴路，遙測接收機與天線系統、遙測數據解密解碼設備交聯構成遙測迴路，監控主機和顯示設備與遙測數據解密解碼設備、遙控指令產生器交聯，構成地面測控站實時信息監控系統，以實現實時信息的監控；其特徵在於所述監控主機是PC工業控制計算機，它是個人計算機體系結構，由5部分組成含CPU內存的主板、顯示板、硬碟160G、電源、遙測數據解碼板；作業系統為Windows98，其上裝有應用程式，應用程式為C++6.0面向對象的模塊化結構；所述顯示設備是兩個19英寸彩色顯示器，型號為三星S190，解析度1280x1024以上；該系統的信號走向是來自遙控指令產生器的遙控信號經監控主機串口送入監控主機，同時遙控指令經遙控發射機和天線系統發射出去，控制無人直升機飛行，天線系統將遙測數據經遙測接收機接收回來，遙測接收機接收的遙測數據通過遙測數據解密和解碼設備傳送到監控主機，其上的應用程式對數據作相應的處理，在顯示設備上顯示出來。
2、 根據權利要求1所述的一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，其特徵在於所述主板為研華工業主板，型號為PCA-6006，支持 /DDR/VGA/Fast Ethernet Lan/HISA (400/533 MHz FSB)Socket 478 Pentium 4/Celeron ， CPU內存為金士頓2GB DDR2 800。
3、 根據權利要求1所述的一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系 統，其特徵在於所述顯示板為GeForce 6600 GT顯卡。
4、 根據權利要求1所述的一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，其特徵在於所述硬碟為希捷160G 7200. 10 8M。
5、 根據權利要求1所述的一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，其特徵在於所述電源為ATX 250W工業電源，型號為FSP250-60ATVATX 。
6、 根據權利要求1所述的一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系 統，其特徵在於所述遙測數據解碼板是PCI板卡。
全文摘要
一種共軸式無人直升機的地面測控站實時信息監控系統，它是由天線系統、遙測接收機、遙測數據解密解碼設備、遙控發射機、遙控指令產生器、監控主機和顯示設備組成。其中，遙控指令產生器與遙控發射機和監控主機交聯，構成遙控迴路，遙控發射器與天線系統交聯，構成發射迴路，遙測接收機與天線系統、遙測數據解密解碼設備交聯構成遙測迴路，監控主機和顯示設備與遙測數據解密解碼設備、遙控指令產生器交聯，構成地面測控站實時信息監控系統，以實現實時信息的監控。該系統將數據圖元化，為飛行員提供無人直升機飛行全過程及全空域飛行控制所需要的運動參數，為共軸式無人直升機的飛行安全和飛行任務的完成，提供了技術基礎和安全保障。
文檔編號G05D1/00GK101488029SQ20091007635
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月14日 優先權日2009年1月14日
發明者琦 趙 申請人:北京航空航天大學