无人机地面站发展综述.doc

无人机地面站发展综述 [摘要]主要介绍了无人机地面站的发展，包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。1、概述??? 20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体， 而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚 至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展 相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station) 将具有包括任务规划，数字地图，卫星数据链，图 像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一 体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不 仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号 无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容 性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以 在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能 扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面 站。??? 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心， 其控制内容包括:飞行器的飞行过程，飞行航迹， 有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及 飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与 任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种 未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂 的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的 地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥 中心联网通讯，及时有效地传输数据，接收指令， 在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。?2典型地面站的配置和功能概述2.1地面站的典型配置??? 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控 制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、 载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间 的关系如图1所示。 ??? (1)系统控制站。在线监视系统的具体参数， 包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和 告警信息。??? (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机 界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、 飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷 视频显示。????? (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携 带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记 录仪组成。????? (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人 机获得的图像。????? (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路 信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和 接收机。??? 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主 要功能:??? —用于给飞行器发送命令和有效载荷;??? —接收来自飞行器的状态信息及有效载荷 数据。 ??? (6)中央处理单元:包括一台或多台计算机， 主要功能如下:??? —获得并处理从UAV来的实时数据:??? —显示处理;??? —确认任务规划并上传给UAV;??? 一一电子地图处理;??? —数据分发:?? ??? —飞行前分析;??? —系统诊断。?2.2地面站的典型功能??? GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划 主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任 务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人 机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执 行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的 功能:??? (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获 得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将 这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站 由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出 控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据 链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞 控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。????? (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。 有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根 据任务要求实现对有效载荷的控制，并通过对有效 载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。 ????? (3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的 地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究 任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划 数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主 要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。??? (4)导航和目标定位。无人机在执行任务过 程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着 联系。在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实 现导航控制，使飞机按照安全的路线飞行。随着空 间技术的发展，传统的惯性导航结合先进的GPS导 航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目 标定位是指飞行器发送给地面的方位角，高度及距 离数据需要附加时间标注，以便这些量可与正确的 飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最 精确计算。为了精确确定目标的位置，必须通过导 航技术掌握飞行器的位置，同时还要确定飞行器至 目标的短矢量的角度和距离，因