112UAV软件项目详细设计文档_10.20(任务分配模板).doc

文档编号版本1.0密级项目名称通用型无人机地面站系统项目来源通用型无人机地面站系统详细设计说明书(内部资料 请勿外传)编 写：日 期：检 查：日 期：审 核：日 期：批 准：日 期：文档变更记录序号变更（+/-）说明作者版本号日期批准1初稿1.02014-10-20目 录1. 引言41.1 编写目的和范围41.2 术语和定义41.2.1 术语41.2.2 缩率语表51.3引用文件52.概述62.1系统概述62.2文档概述73.设计说明83.1体系结构说明83.2主页模块Navigation类设计说明113.3控制模块ControlMode类设计说明143.4数据模块FlightData类设计说明153.5 配置模块设计说明（待）173.6 航迹显示模块设计说明（待）173.7 三维视景模块设计说明（待）171. 引言1.1 编写目的和范围本详细设计说明书编写的目的是说明程序模块的设计考虑，包括程序描述、输入/输出、算法和流程逻辑等，为软件编程和系统维护提供基础。本说明书的预期读者为系统设计人员、软件开发人员、软件测试人员和项目评审人员。1.2 术语和定义1.2.1 术语1 视景模型针对通用型无人机的结构，机载设备，利用OpenGL技术建立的无人机三维测试场景，三维结构模型和三维动画模型等统称视景模型。2 航迹规划航迹规划实现无人机预定航迹和实时航迹的控制，完成无人机飞行的监控与航迹管理，并向无人机下达飞行任务指令。3 导航地图显示导航显示子系统以二维和三维的形式实现电子地图、地形、地貌的显示，无人机预定航迹和实时航迹、空管信息的显示。4 任务载荷任务载荷主要是指机载的GPS、罗盘、陀螺仪、加速度计及摄像头等。5 数据通信通过数传电台将飞机各姿态参数传输到本地电脑，通过串口读写软件采集数据，并对各种数据进行相关处理，利用进程间通讯将数据发送到各显示模块，从而达到飞机数据实时显示的目的。6 数据评估对测试数据进行自动判读、数据对比和关联性挖掘等功能，从而实现数据评估。7 数据中心对测试数据及各类模型进行统一的管理和规范，从而构成数据中心。1.2.2 缩率语表序号缩略语说明性定义1UAVUnmanned Aerial Vehicle，无人驾驶飞机2CSCComputer Software Configuration，计算机软件配置3CSUComputer Software Unite，计算机软件单元 4DFDData Flow Diagram，数据流程图5 CFDData Flow Diagram，控制流程图6 HWCIHardware Configuration item，硬件配置项1.3引用文件资料名称作者文件编号、版本资料存放地点UAV可行性分析说明书v1.0UAV项目计划v1.2UAV需求分析说明书v1.2UAV架构设计说明书v1.2UAV概要设计说明书v1.2UAV数据库设计说明书v1.22.概述2.1系统概述无人驾驶飞机(简称UAV)是一种动力驱使、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务而且能重复使用的无人机驾驶航空器。随着技术的进步，无人机在地理环境监测、灾区视察、 通信中继、科学研究、法规执行等社会、工业各方面的应用将显示出强大的优势。地面监控站系统作为连接飞控器与操作员的接口，是整个无人机操纵系统的“神经中枢”，控制着系统的各项功能的成功实现，控制飞行器的飞行过程、飞行航迹、有效载荷、对任务的高效完成、通讯链路的正常工作以及飞行器的发射与回收是非常关键的。无人机地面站系统应该发 挥的功能也必须是整个无人机系统的重要部分，除了应该完成基本的飞行器状态控制和有效载荷数据的接收、处理，同时也要求能够灵活的克服各种未知的自然、人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证整个系统整体功能的成功实现。本课题主要研究了通用型航拍无人机地面控制系统的设计，负责完成地面站系统软件编程及功能实现工作。为无人机系统提供飞行数据实时显示、存储、航线显示与规划及相关控制指令的实现等功能。其关键技术主要设计数据通讯，地图显示，数据存储等计算机应用技术。无人机控制系统中的地面监控站系统是随着无人机的应用发展过程逐步提出的，当代无人机已经从原来的单一战斗任务中脱身而出，装载了各种用途的设备。为了能够更好地遥控操作无人机，人们采用了各种形式的地面监控站系统，以便对无人机的飞行状态和任务设备等进行实时的监控。一般而言，地面监控站系统是一个具有遥测数据的实时采集、遥控指令的实时发送和飞行航迹的实时显示等功能的监控系统。该系统是无人机系统中的重要环节，它的稳定性与否直接影响着整个系统的性能实现。通用型无人机总体控制方案如图2.1所示，通过在地面站计算机规划航线及任务上传到无人机飞行控制器，无人机飞控器实时下传飞机当前航线任务信息及工作状态，手动遥控制辅助实现飞机起落及应急处理。为携带与操作方便，地面站计算机使用笔计本电脑，数据的上传与下载通过无线数传电台实现。 图2.1 总体控制方案图2.2文档概述此文档为通用型无人机地面站软件详细设计文档，其中涵盖了各功能模块及类库的详细设计说明。2.3程序运行环境本系统的程序运行环境具体如下。系统开发平台：Microsoft Visual Stdio 2010。系统开发语言：C# 4.0。数据库管理系统软件：Microsoft Access。运行平台：Window7。运行环境：Microsoft.NET Framework SDK v4.0。分辨率：最佳效果1024*768像素3.类库的设计3.1体系结构说明本系统完成无人机地面站系统的集成软件设计。主要功能分为7个模块，包括导航地图显示模块、航迹规划与任务管理模块、无人机仪表与状态显示模块、三维视景仿真模块、任务载荷模块、数据通信模块和系统集成模块。 （1）导航地图显示子系统导航显示子系统以二维和三维的形式实现电子地图、地形、地貌的显示，无人机预定航迹和实时航迹、空管信息的显示。（2）航迹管理与任务操作子系统航迹管理与任务操作子系统实现无人机预定航迹和实时航迹的控制，完成无人机飞行的监控与航迹管理，并向无人机下达飞行任务指令。（3）无人机仪表及状态显示子系统主要接收各类重要飞行参数、动力系统参数、导航系统参数等重要数据并实时显示，对关键系统的故障告警。在训练模式时，数据来自无人机仿真解算模块。在任务模式时，数据来自通信链路。显示的飞行仪表种类主要有：飞行仪表、导航仪表、发动机仪表。（4）三维视景仿真在任务模式时，飞行仿真子系统通过视频传输模块，将无人机上的视频信息实时传输给地面控制台并在该子系统显示。在训练模式时，提供无人机飞行的三维可视化场景以及平显画面的叠加显示功能。三维可视化场景主要显示内容有：无人机当前飞行的场景，包括地形、地貌等仿真模型，场景数据可以是已经建模好的场景数据。（5）任务载荷任务载荷主要是指机载的GPS、陀螺仪、加速度计及摄像头等，该模块将机载传感器、设备采集到的数据信息、视频信息等，通过数传电台，发送给地面站人机交互设备，以供其他模块使用。（6）数据通信通过数传电台将飞机各姿态参数传输到本地电脑，通过串口读写软件采集数据，并对各种数据进行相关处理，利用进程间通讯将数据发送到各显示模块，从而达到飞机数据实时显示的目的。 软件运行流程图如图3.1所示：图3.1软件运行流程图各个模块之间的关系如图3.2所示：图3.2子系统模块关系图地面站软件功能结构如图3.3所示：图3.3 地面站软件功能结构三维视景模块结构图如图3.4所示：（待）图3.4 三维视景模块仪表显示模块结构图如图3.5所示：图3.5仪表显示模块配置模块结构图如图3.6所示：图3.6配置模块结构图3.2主页模块Navigation类设计说明项目内容类简述1）类的类型：普通类2）类的主要作用是：主页各模块功能调用3）类的纵向关系：子类、实现接口：USB串口4）类的横向关系：与其他类的关联、调用和依赖关系：类的属性名称作用数据类型可访问性单位值域精度备注flypointarray保存航迹点数组Listpubliclinearray保存航迹线Listpubliclog经度坐标doublepubliclat纬度坐标doublepublicstartPoint飞机起始点PointpublicendPoint飞机终止点PointpublicsPoint用来存贮折线段起点IPointpublicmPoint用来保存坐标改变前的值IPointpublic类的方法描述成员函数的下列信息名称返回类型功能描述可访问性输入参数输出参数处理及算法MainWindow_Loadvoid主页面加载privateaxTOCControl1_OnMouseDownvoid鼠标响应事件privateaxMapControl1_OnMouseDownvoid鼠标响应事件privateaxMapControl1_OnViewRefreshedvoid鼠标响应事件privateaxTOCControl1_OnDoubleClickvoid鼠标响应事件privatelayercontToolStripMenuItem_ItemClickvoid按钮响应事件privateeagleeyeToolStripMenuItem_ItemClickvoid按钮响应事件privateMissionplanToolStripMenuItem_ItemClickvoid按钮响应事件privateFlightmanagementToolStripMenuItem_ItemClickvoid按钮响应事件privatestartnavigation_ItemClickvoid按钮响应事件privateIPoint GetProjectvoid经纬度专为品面坐标publicgeoPointIPoint GetGeovoid平面坐标专为经纬度publicproPointAddpointvoid从地图上添加已知点坐标publicAddLineLayervoid从地图上添加已知航线publicpfeatureclassplCreateFeatureClass设置生成图的空间坐标参考系统publicpFeatureWorkspace, shpName, itypeDrawlinevoid航线绘制privatespoint, epointTransPoint显示飞机当前坐标点privatetextAddCurrentPositionIconvoid在飞机当前位置添加符号privateppointDrawlineStylevoid航线样式选择privatestartpoint, endpoint类的静态特性无类的动态特性无3.3控制模块ControlMode类设计说明项目内容类简述1）类的类型：普通类2）类的主要作用是：控制指令的集合及调用3）类的纵向关系：子类、实现接口：USB串口4）类的横向关系：与其他类的关联、调用和依赖关系：类的属性名称作用数据类型可访问性单位值域精度备注Stabilize自稳定飞行模式setModeprivateAltHold定高飞行模式setModeprivateLoiter悬停飞行模式setModeprivateRTL返航飞行模式setModeprivateCirclet绕圈飞行模式setModeprivateAuto自动飞行模式setModepublicLand着陆飞行模式setModepublicspeed飞机速度floatpublicaltitude飞机当前高度floatpublic类的方法描述成员函数的下列信息名称返回类型功能描述可访问性输入参数输出参数处理及算法modifyandSetSpeed_Clickvoid速度修改设置privatemodifyandSetAlt_Clickvoid高度修改设置privateStabilizeMode_Clickvoid自稳模式选择privateAltHoldMode_Clickvoid定高模式选择privateLoiterMode_Clickvoid悬停模式选择privateRTLMode_Clickvoid一键返航模式选择privateCircleMode_Clickvoid绕圈模式选择privateAutoMode_Clickvoid航迹飞行模式选择privateLandMode_Clickvoid着陆模式选择privateAmredSetting_Clickvoid解锁上锁设置privateupdateBindingSourcevoid更新联系后天数据库渠道privatemainloop void三个仪表数据刷新函数privateobject o类的静态特性无类的动态特性无3.4数据模块FlightData类设计说明项目内容类简述1）类的类型：普通类2）类的主要作用是：各个数据的调用及显示3）类的纵向关系：子类、实现接口：USB串口4）类的横向关系：与其他类的关联、调用和依赖关系：类的属性名称作用数据类型可访问性单位值域精度备注pitch飞机当前俯仰角floatprivateyaw飞机当前偏航角floatprivateroll飞机当前横滚角floatprivateairspeed空速floatprivatealt飞机当前高度Int32privatebatterylevel电池电量uint16_tprivatebatteryremain电池剩余电压Int8_tprivatecurrent工作电流Int16_tpublicdatetime系统当前时间floatpublicdisttowp距离下一个任务点的距离floatprivategpsfixGPS当前状态stringprivategpshdopGPS位置误差floatprivategroundalt对地高度floatprivategroundspeed地速floatprivateheading航向Int16_tprivatelinkqualitygcs连接质量floatprivatemessage数据流floatprivatemessagetime数据流时间floatprivatenavpitch目标俯仰角floatprivatenavroll目标滚转角floatprivatetargetalt任务高度Int32privatetargetheading任务指向floatprivatetargetspeed任务速度floatprivateturnrate转角速率floatprivateverticalspeed电机转速Float privatextrack_error水平位置差floatprivate类的方法描述成员函数的下列信息名称返回类型功能描述可访问性输入参数输出参数处理及算法FlightData_Loadvoid飞行器数据加载privatetabStatus_Resizevoid标签状态调整privateupdateBindingSourcevoid更新捆绑资源privatetabControl1_SelectedIndexChangedvoid标签控制所选指标的变化privatemainloop void串口数据读取privateConvertToDouble double数据类型转换privateInputbutton_Clickvoid按键相应事件privatetabControl_DrawItemvoid选项卡绘制事件private类的静态特性无类的动态特性无3.5 配置模块设计说明（待）3.6 航迹显示模块设计说明（待）3.7 三维视景模块设计说明（待）3.8 数据解析模块MainV2类设计说明项目内容类简述1）类的类型：普通类2）类的主要作用是：主页各模块功能调用3）类的纵向关系：子类、实现接口：USB串口4）类的横向关系：与其他类的关联、调用和依赖关系：类的属性名称作用数据类型可访问性单位值域精度备注flypointarray保存航迹点数组Listpubliclinearray保存航迹线Listpubliclog经度坐标doublepubliclat纬度坐标doublepublicstartPoint飞机起始点PointpublicendPoint飞机终止点PointpublicsPoint用来存贮折线段起点IPointpublicmPoint用来保存坐标改变前的值IPointpublic类的方法描述成员函数的下列信息名称返回类型功能描述可访问性输入参数输出参数处理及算法MainWindow_Loadvoid主页面加载privateaxTOCControl1_OnMouseDownvoid鼠标响应事件privateaxMapControl1_OnMouseDownvoid鼠标响应事件privateaxMapControl1_OnViewRefreshedvoid鼠标响应事件privateaxTOCControl1_OnDoubleClickvoid鼠标响应事件pr