无人机飞行控制技术第九章 无人机测控系统

无人机飞行控制技术“十三五”职业教育国家规划教材第8章无人机测控系统2无人机测控系统主要由指挥控制站组成，是无人机的重要组成部分。8.1概述无人机系统的控制是一种“人在回路”的控制。无人机虽然没有驾驶员在机上操纵，却需要地面人员的操控。地面操控人员还要通过数据链路操控机上任务载荷的工作状态，以确保侦察监视等任务的圆满完成。而地面人员要完成这些指挥控制与操作功能，除了需要数据链路的支持以传输数据和指令外，还需要能够提供任务规划与指挥控制方面的相应功能支持的设备或系统，这就是无人机的任务规划与指挥控制站，简称地面站（GroundControlStation，GCS）。第8章无人机测控系统38.1概述地面站是对空中或太空的无人机实施人为控制的陆基或海基控制中心。第8章无人机测控系统48.1概述地面站大小不一，小的可能像我们平时所见的航模遥控器（或称为手持式发射机，大的可能是包含多个席位、配套齐全的设备。规模较大的军用无人机系统需要有多人独立操控飞机系统的地面控制站，如“捕食者”无人机地面站。实现由单个机组成员从一个地面站操控多架无人机是未来无人机操控的终极目标之一。第8章无人机测控系统58.1概述地面站的主要功能是进行无人机的任务规划与指挥控制，包括指挥调度、任务规划、操作控制、显示记录和情报分发等。第8章无人机测控系统68.1概述无人机地面指控制站作用关系示意图无人机地面指控站有多种形式，如固定式、便携式、车载式、舰载式等第8章无人机测控系统78.2任务规划与航迹规划8.2.1任务规划无人机的任务规划是指在地面对无人机完成指定任务所要经历的航线、目标区域、任务内容等方面的设定与统筹管理，通常包括设定无人机出动位置、确定任务目标、选择飞行航迹、配置任务载荷（军机包括武器弹药），以及制定任务载荷的工作规划等。实时的任务重规划是指在飞行或完成任务过程中，无人机根据实际环境、态势或任务的变化，有针对性地改变预先设定好的航线或任务属性的过程。任务规划的目的是在已知的条件下，完成任务为目的，考虑各种约束条件，在确保无人机安全的前捉下，为无人机规划出一条最优的飞行航线和控制无人机完成任务的策略。第8章无人机测控系统88.2任务规划与航迹规划负责完成无人机任务规划的地面设备称为无人机任务规划控制站（MPCS）。任务目标环境因素第8章无人机测控系统98.2任务规划与航迹规划在日趋复杂的任务环境下，无人机的任务具有多重性与复杂性，单架无人机完成任务效能是有限的。为增强无人机的任务成功率，实现无人机的优势互补，采用多架无人机协同完成任务已成为必然选择。在此种情况下，多无人机协同完成任务规划将成为任务规划的一个新的发展方向。第8章无人机测控系统108.2任务规划与航迹规划8.2.2航迹规划航迹规划是无人机任务规划系统的重要组成部分。其具体内容是指依据地形信息和对方信息，综合考虑无人机性能、到达时间、油耗、威胁及飞行区域等约束条件，为无人机规划出-条或多条从起始点到目标点的最优或满意的航线，保证无人机圆满完成飞行任务并安全返回基地。航迹规划包括飞行前航迹规划和航迹实时规划两个方面。第8章无人机测控系统118.2任务规划与航迹规划飞行前航迹规划是在无人机起飞完成任务前，考虑所有已知的威胁及约束，借助计算机辅助手段寻找-条最优航迹作为预定航迹。飞行前航迹规划一般在无人机起飞前完成，对实时性没有太多的要求，故也称离线航迹规划。航迹实时重规划是在飞行过程中，一些事先未知的威胁或环境变化被飞机上的传感器探测到或通过通信链被无人机感知到时，由机上重规划系统进行的更改预定航迹的过程，也称在线航迹规划。第8章无人机测控系统128.2任务规划与航迹规划一个完整的航迹规划系统通常由以下几个郡分组成：地形数据处理模块、环境信息处理模块、路径生成模块以及路径优化处理模块。为了使无人机能够同时到达目标，一般采用以下两种方式：一种是通过协调无人机的飞行速度使到达目标较短路径的无人机采取小的速度，使较长路径的无人机速度加大；另一种是对航迹做一些修正，通过附加一些路径使每架无人机到达目标点的距离大致相等。第8章无人机测控系统138.3无人机测控系统8.3.1测控系统的组成测控系统是无人机的主要组成部分，它有地面设备和机载设备两部分组成。地面设备由主测控链路、副测控链路和通信设备组成。主测控链路设备包括测控天线（定向）、天线座及伺服、双工器、高频头、跟踪接收机、遥测接收机、测控终端、遥控发射机及功放、航迹处理、显示及记录，图像（工业摄像机）显示等。副测控链路（备份测控链路）设备包括；测控天线（全向）、接收机高频头、遥测接收机、遥控发射机及功放、测控终端、航迹处理、显示及记录、电源等。第8章无人机测控系统148.3无人机测控系统8.3.1测控系统的组成主测控链路设备组成框图第8章无人机测控系统158.3无人机测控系统8.3.1测控系统的组成副测控链路设备组成框图第8章无人机测控系统168.3无人机测控系统8.3.1测控系统的组成机载设备包括遥测发射天线、遥控接收天线、遥控接收机、测控终端遥测发射机、电源变换器等设备。第8章无人机测控系统178.3无人机测控系统8.3.2测控体制及基本工作原理1.测控体制测控体制实际上就是信号传输的规则，为了任务的顺利完成，无人机都具有特殊设定的信号传输方式规则。测控链路体制一般为上行遥控信号扩频传输，下行遥测信号调频传输，综合利用上行遥控和下行遥测信息进行测距，直接接收下行宽带信号。第8章无人机测控系统188.3无人机测控系统8.3.2测控体制及基本工作原理2.遥控工作原理根据设计遥控采用特定的传输体制。遥控指令脉冲编码，开关指令分时发送，比例指令实时发送。第8章无人机测控系统198.3无人机测控系统8.3.2测控体制及基本工作原理3.遥测工作原理下行信道传输遥测信号。将无人机测控设备及无人机实时状态信号经过传输系统实时或按要求传输到地面控制中心。第8章无人机测控系统208.3无人机测控系统8.3.2测控体制及基本工作原理4.数据处理与航迹显示地面控制中心获得的无人机下传的数据需要显示记录和存储，已备分析、应用，并跟踪无人机的工作状态。所以在地面控制中心需要相应的数据处理和显示设备。第8章无人机测控系统218.3无人机测控系统8.3.2测控体制及基本工作原理显示内容:航迹显示(实时航迹、预定航线、地图)；飞机姿态、座标、航向、高度等图形显示，设备开关状态、遥控开关指令显示；数字显示:遥测参数、装订航线航点参数、导航数据、飞机位置参数(方位距离、高度)；时间、任务时间。第8章无人机测控系统228.3无人机测控系统8.3.3测控系统地面终端1.地面测控终端地面测控终端主要由指令主