112UAV软件项目详细设计文档_10.20(任务分配模板)

1、文档编号版本1.0密级工程名称通用型无人机地面站系统工程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期:期:期:期:编 检 审 批文档变更记录序号变更+/-说明作者版本号日期批准1初稿1.02021-10-20目录1. 引言 41.1 编写目的和范围 4.1.2 术语和定义 术语 缩率语表 5.1.3引用文件 5.2. 概述62.1系统概述 6.2.2文档概述 7.3. 设计说明 8.3.1体系结构说明 8.3.2 主页模块 Navigation 类设计说明 1.23.3控制模块 ControlMode 类设计说明 1.53.4数据模块 Flight

2、Data 类设计说明 1.63.5 配置模块设计说明待 1.83.6 航迹显示模块设计说明待 1.83.7 三维视景模块设计说明待 1.81. 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根底。本说明书的 预期读者为系统设计人员、软件开发人员、软件测试人员和工程评审人员。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

3、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 任务载荷一一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，从而到达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、 数据比照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标准，从

4、而构成 数据中心。缩率语表骨口 序号缩略语说明性定义厂UAVUnmanned Aerial Vehicle，无人驾驶飞机2CSCComputer Software Co nfiguration，计算机软件配 置3 二CSUComputer Software Unite,计算机软件单元4DFDData Flow Diagram，数据流程图5 1CFDData Flow Diagram，控制流程图6HWCIHardware Con figurati on 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?v1.0?UAV工程方案?v1.2?UAV需求

5、分析说明书?v1.2?UAV架构设计说明书?v1.2?UAV既要设计说明书?v1.2?UAV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

6、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局部， 除了应该完成根本的飞行器状态控 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开展过程逐步提 出的

7、，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

8、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。GPS卫星GPS卫星GPS卫星GPS卫星数传电台UAV地面站手柄遥控器图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 2021。系统开发语言：C# 4.0。数据库管理系统软件：Microsoft Access 运行平台： Win dow7。运行环境：Microsoft.NET Framework SDK v4.0。分辨率：最正确效果

9、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、

10、 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

11、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 而到达飞机数据实时显示的目的。软件运行流程图如图 3.1 所示：就绪就绪就绪就绪-T .1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:飞控机图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：翻开串口三维视景文本显示仪表显示地图显示图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

12、表显示模块结构图如图3.5所示：仪表显现模块地平仪速度表高度计数 据 表 格图3.5仪表显示模块配置模块结构图如图3.6所示：配置模块图3.6配置模块结构图3.2主页模块Navigation类设计说明工程内容类简述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flypo in tarray保存航迹点数组ListvIPoi n tpubliclin earray保存航迹线ListvIElem en tpubliclog经度坐标doublepu

13、bliclat纬度坐标doublepublicstartPoi nt飞机起始点Poi ntpublicen dPo int飞机终止点Poi ntpublicsPo int用来存贮折线段 起点IPoi ntpublicmPoi nt用来保存坐标改 变前的值IPoi ntpublic描述成员函数的以下信息类的方法名称返回类型功能描述可访问性输入参数输 岀参 数处理及算法MainWindow_Loadvoid主页面加载privateaxTOCControl1_OnMouseDownvoid鼠标响应事件privateaxMapCo ntrol1_ On MouseDownvoid鼠标响应事件priva

14、teaxMapControl1_OnViewRefreshedvoid鼠标响应事 件privateaxTOCControl1_OnDoubleCIickvoid鼠标响应事 件privatelayercontToolStripMenultemtemClickvoid按钮响应事 件privateeagleeyeToolStripMe nuItemtemClickvoid按钮响应事 件privateMissio npla nToolStripMe n ultem_ltemClickvoid按钮响应事 件privateFlightma nageme ntToolStr ipMe nultemtemCl

15、ickvoid按钮响应事 件privatestartnavigationtemClic kvoid按钮响应事 件privateIPoint GetProjectvoid经纬度专为品面坐标publicgeoPoi ntIPoint GetGeovoid平面坐标专 为经纬度publicproPoi ntAddpointvoid从地图上添 加点坐 标publicAddLineLayervoid从地图上添加航线publicpfeatu reclas s plCreateFeatureClass置 坐标牛成图的空示参考系统publicpFeatu reWork space, shpNam e, ityp

16、eDrawlinevoid航线绘制privatespointJepointTransPoint显示飞机当前坐标点privatetextAddCurrentPositionlconvoid在飞机当前位置添加符号privateppointDrawlineStylevoid航线样式选择privatestartp oint, endpoi nt类的静 态特性无类的动 态特性无3.3控制模块ControlMode类设计说明工程 类简述内容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

17、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 描述成员函数的以下信息名称返回类型功能描述可访问性输入参数输 岀参 数处理及算法modifya ndSetS

18、peed_Clickvoid速度修改设置privatemodifya ndSetAlt_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private

19、择AmredSetti ng_Clickvoid解锁上锁设 置privateupdateB indin gSourcevoid更新联系后 天数据库渠 道privatemain loopvoid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类设计说明工程内容类简述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

20、航角floatprivateroll飞机当前横滚角floatprivateairspeed空速floatprivatealt飞机当前高度In t32privatebatterylevel电池电量uin t16 tprivatebatteryrema in电池剩余电压In t8_tprivatecurre nt工作电流In t16_tpublicdatetime系统当前时间floatpublicdisttowp距离下一个任务 点的距离floatprivategpsfixGP当前状态str ingprivategpshdopGP位置误差floatprivategrou ndalt对地高度float

21、privategroundspeed地速floatprivateheadi ng航向In t16_tprivatelin kqualitygc s连接质量floatprivatemessage数据流floatprivatemessagetime数据流时间floatprivaten avpitch目标俯仰角floatprivaten avroll目标滚转角floatprivatetargetalt任务高度In t32privatetargetheadi ng任务指向floatprivatetargetspeed任务速度floatprivateturnrate转角速率floatprivatever

22、ticalspeed电机转速Floatprivatextrack_error水平位置差floatprivate类的方法描述成员函数的以下信息名称返回类型功能描述可访问性输入参数输 岀 参 数处理及算法FlightData_Loadvoid飞行器数据加载privatetabStatus_Resizevoid标签状态调整privateupdateB indin gSourcevoid更新捆绑资源privatetabCo ntrol1_Selected Ind exChangedvoid标签控制所选指标的变化privatemain loopvoid串口数据读取privateCon vertToDou

23、bledoub le数据类型转换privateIn putbutton_Clickvoid按键相应事件privatetabC on trol_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类设计说明工程内容类简述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:类的属类的方法名称返回类型功能描述可访问性输入参数输 岀 参 数处理及算法MainWindo

24、w_Loadvoid主页面加载privateaxTOCControl1_OnMouseDownvoid鼠标响应事件privateaxMapCo ntrol1_ On MouseDownvoid鼠标响应事件private描述成员函数的以下信息名称作用数据类型可访问性单位 值域精 度备 注flypo in tarray保存航迹点数组ListvIPoi n tpubliclin earray保存航迹线ListvIElem en tpubliclog经度坐标doublepubliclat纬度坐标doublepublicstartPoi nt飞机起始点Poi ntpublicen dPo int飞机终止点Poi ntpublicsPo int用来存贮折线段 起点IPoi ntpublicmPoi nt用来保存坐标改 变前的值IPoi ntpublicaxMapControl1_OnViewRefr eshedvoid鼠标响应事 件privateaxTOCControl1_OnDoub