无人直升机任务规划与控制系统

无人直升机任务规划与控制系统第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1、概述2、操纵与控制3、参数综合显示4、地图航迹显示5、任务规划6、情报处理与分发7、系统间信息互联第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期三控制指挥与任务规划是无人直升机控制站的主要功能。无人直升机控制站也称为任务规划与控制站，控制站有多种方式如车载、舰载等。规模较大的无人机系统中，可以有若干个控制站，这些不同功能控制站通过通信设备联系起来，构成无人直升机指挥控制系统。1、概述第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1.1功能指挥调度：上级指令接收、系统间联络、系统内部调度。任务规划：飞行航路规划与重规划、任务载荷工作规划与重规划操纵控制：起降操纵、飞行控制操作、任务载荷操作、数据链控制显示记录：飞行状态参数显示与记录、航迹显示与记录、任务载荷信息显示与记录、情报处理与分发1、概述第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1.1功能1、概述第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1.2组成——操纵台、处理计算机、显示和记录1、指挥处理中心——制定无人直升机飞行任务、完成无人直升机载荷数据的处理和应用，指挥/数据处理中心间接通过控制站实现对无人机的控制和数据接收2、无人机控制站——由飞行操纵、任务载荷、数据链路控制和通信指挥控制组成。可完成对uav、载荷等操纵控制，可实现一站一机、一站多机、一机多站3、载荷控制站——进行机载任务设备的控制。4、单收站——只接收无人机信息数据，不能对无人机进行控制1、概述第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1.3设计要求1、根据任务需要，并考虑通用化、系列化和标准化的原则；2、设备机柜的设置要考虑操纵席位的安排，一站多机时根据操作工作量增加的需求，适当增设机柜；3、处理计算机的选择和配置要综合考虑，既要根据实际需要，又要考虑兼容性和互换性；4、监视器的选择和配置要综合考虑，布置要符合人机工程；5、操作控制方式的选择应当合理，操纵台和操作和的按钮、旋钮、操纵杆等的布置要操作方便、安全、可靠，采用键盘、鼠标通过计算机软件面板操作时应有安全保护措施。1、概述第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期三无人机操纵与控制主要包括起降操纵、飞行控制、任务设备控制和数据链管理等。2.1起降操纵无人直升机起飞降落是最难的控制阶段。起降控制程序应简单、可靠、操纵灵活。起飞方式：人工操纵起飞、人工加姿态保持起飞、自主起飞降落方式：人工操纵着陆、人工加姿态保持着陆、自主着陆2、操纵与控制第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期三2.2遥控飞行遥控方式：舵面遥控、姿态遥控、指令控制（俯仰角选择与控制、高度选择与控制、飞行速度控制、滚转选择与控制、航向选择与控制、航迹控制）自主飞行：不需要人工参与的飞行控制，针对不同的状态，自主飞行与人工遥控飞行结合，进行组合控制自动控制：通过全权限的机载飞行管理与控制系统完成从起飞、控制飞行、执行任务和返航着陆全过程的自动控制。该方式下一般不需人的介入，考虑到安全性，某些关键控制可以由人工辅助组合控制：在自动控制的基础上，通过操纵杆给无人机在外回路上增加一定的偏移量，利用人的判断能力，将人置于控制回路中，对自主控制品质的必要补充和完善。2、操纵与控制第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期三2.3任务设备控制内容：操纵人员通过地面站的任务控制单元，发送任务控制指令，控制机载任务设备工作，同时地面站处理并显示任务设备的工作状态，供判读和使用。控制方式：任务控制操纵台：按键、旋钮、操纵杆；软面板：键盘、鼠标、轨迹球等实时性要求：实时性要求较宽松的可利用软面板设置；实时性要求较严格的可利用操纵台按键设置；连续控制指令，应由操纵台操纵杆方式进行配置2、操纵与控制第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期三2.4数据链管理数据链管理主要是对数据链设备进行监控，使其完成对无人机的测控与信息传输。主要的数据链有：V/UHF视距数据链、L视距数据链、C视距数据链、UHF卫星中继数据链、Ku卫星中继数据链。管理的内容包括：链路选择、频道开关、开关机控制、跟踪方式选择、天线控制、功率控制等。2、操纵与控制第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期三地面控制站内的飞行控制席位、任务设备控制席位、数据链管理席位都设有相应的分系统的显示装置，因此需综合规划、提出设计原则，规定显示内容，显示方式、显示范围。3.1飞行参数综合显示设计原则：反映周期较短的参数（速度、高度、姿态）采用数字式图形和数字双重显示，不采用全数字；反映周期较长的采用数字或字符；特性相近的参数组合在一起；实时性要求高的在首页显示；实时性要求低的防御次要位置或者次页；图形仪表和参数以不同颜色显示工作区——红色-禁止工作区；黄色-注意工作区；绿色-工作区。3、参数综合显示第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期三显示内容飞行与导航信息：姿态角及角速度、位置、高度、速度、大气数据、发动机状态、舵面响应信息数据链状态信息：链路工作状态的主要参数、链路设备的工作参数、链路设备的工作状态设备状态信息：航电设备状态、机载任务设备状态、地面设备状态、机载供电、导航状态、机载设备bit、地面设备bit、时钟信息指令信息：指令代码、发送状态、接收状态辅助信息：系统原理、系统指南、故障处理3、参数综合显示第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期三3.2告警告警起因：故障告警、飞行状态告警、威胁告警告警等级：提示—提示操纵人员重视系统安全或工作状态、性能状态以及提醒操纵人员进行例行操纵信息；注意—表明即将出现危险状况，发展下去将危及飞行安全、任务能力等；警告—表明已经出现了危及飞行安全的状况，需要立即采取措施告警种类：视觉、语音3、参数综合显示第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期三地图航迹显示可以操纵人员提供无人直升机位置导航等信息。4.1导航信息显示实时定位信息机载定位传感器设备状态信息无人机导航信息导航控制器相关参数显示任务规划信息4、地图航迹显示第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期三位置显示经度+纬度+高程（B-L-H）；直角坐标位置（X-Y-Z）；极坐标位置信息（ρ-L-H）显示方式：文字+数据；地图背景下的信息；满足实时性满足经度要求4、地图航迹显示第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期三距离显示航迹偏差信息基于任务规划内容的航程点导航距离信息与基站的相对位置信息方位显示相对基站的方位信息基于任务规划内容的航程点方位信息4、地图航迹显示第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期三速度显示飞行空速地速信息飞行航迹角信息时钟格林威治标准时钟北京时间相对时间4、地图航迹显示第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期三无人直升机的任务规划是指在地面对无人直升机遂行任务所要经历的航线、高度、任务指令等内容的编排、统筹与管理。早期以手动或计算机辅助规划为主；目前发展了自动任务规划（全球鹰，侦查同时可以攻击）任务规划的目的是在已知条件下，以完成任务为目的，为无人直升机规划最优的航迹，同时考虑各种自身的约束条件，在确保无人直升机安全的条件下，最大限度地发挥无人机的作用，完成预定的任务。任务规划包括：将地面任务规划系统综合到指挥网络中，从而可以从高级指挥所发出任务规划指令；完全将地面任务规划纳入到c3i网络系统，充分利用战场态势信息；任务规划器替代人完成自动规划；从地面转向无人直升机机载部分5、任务规划第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期三5.1任务规划方法手动任务规划——也称任务装订，通过地面检测设备或数据链路将预先制订好的航线航路点属性输入导航或飞控计算机，无人直升机按照预定的任务飞行。任务装订包括航路点和航路点属性，航路点的连线构成无人直升机预期飞行轨迹，航路点属性则表明此航路点或由这些航路点规定航段的任务属性（任务设备开关、任务设备控制等）5、任务规划第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期三自动任务规划——随着无人直升机功能的越来越复杂化和执行任务的多样性，自动任务规划成为未来的发展趋势。自动任务规划由机载和地面设备组成，其工作过程为：首先，机载部分用来执行规划控制站传送的规划好的飞行任务，并且能够根据资源信息进行任务重新规划；其次，地面任务规划站，完成无人直升机的自动任务规划和对无人直升机的操纵。5、任务规划第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期三自动任务规划方法——其本质是一个非线性多目标约束优化问题，可以归结为以下三点：1、选择和分类目标子集，使无人直升机的任务效能最大并满足约束条件；2、产生使无人直升机安全、准时、可靠到达目标的轨迹3、将飞行轨迹与任务控制进行匹配。5、任务规划第二十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期三情报处理与分发主要是接收、存储、处理和显示侦查图像；并对图像进行快速筛选、处理和判读，生成快速、准确、真实的情报产品，同时将情报分发到相应机构。系统主要功能是：1、实时接收下传的图像数据、存储记录2、完成数字图像的解压缩、图像与处理、显示、快视、凝视等3、图像的快速筛选、校正、拼接、快速定位4、辅助判读，快书生成情报5、将情报上报指挥机关或作战单位6、情报处理与分发第二十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期三无人直升机指挥控制系统有指挥、通信、任务规划、飞行控制、数据链管