無人機(jī)地面控制站飛行預(yù)檢軟件的設(shè)計(jì)

冷月香，孫恒義，劉慧霞

（1.西安愛生技術(shù)集團(tuán)公司 陜西 西安710065；2.西北工業(yè)大學(xué)365所，陜西 西安710065）

無人機(jī)地面控制站飛行預(yù)檢軟件的設(shè)計(jì)

冷月香1，孫恒義1，劉慧霞2

（1.西安愛生技術(shù)集團(tuán)公司 陜西 西安710065；2.西北工業(yè)大學(xué)365所，陜西 西安710065）

依據(jù)無人機(jī)地面指揮控制站系統(tǒng)的組成和工作原理，針對(duì)飛行前操作手的檢測(cè)工作的繁瑣性，設(shè)計(jì)了飛行預(yù)檢軟件。該軟件使用Microsoft Visual C++2012編程，與地面指揮控制站軟件共用接口進(jìn)行通信，全系統(tǒng)加電后，進(jìn)行飛行前的測(cè)試環(huán)節(jié)，采用自動(dòng)檢測(cè)模式，指令循環(huán)結(jié)合飛機(jī)硬件觀測(cè)的檢測(cè)狀態(tài)進(jìn)行提示。經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)試，表明該軟件在全系統(tǒng)的飛行前使用的可行性和優(yōu)越性。

無人機(jī)；地面指揮控制站；預(yù)先檢測(cè)；指令循環(huán)

近年無人駕駛飛機(jī)的日益發(fā)展，為了滿足更多性能，高配置系統(tǒng)的復(fù)雜性提高，成本隨之增加，因此飛機(jī)安全是首要保證[1-3]。

在飛機(jī)起飛前，地面指揮控制站、無人駕駛飛機(jī)和數(shù)據(jù)鏈控制站，全系統(tǒng)加電，飛機(jī)滿油狀態(tài)下，飛行操作手需要通過地面控制站的飛行監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行相關(guān)指令循環(huán)，包括飛行控制指令、地面設(shè)置指令能、鏈路控制指令和發(fā)動(dòng)機(jī)控制指令，確保全系統(tǒng)的完備性，所有環(huán)節(jié)測(cè)試合格后，才可以能開始飛行。這一系列指令循環(huán)環(huán)節(jié)進(jìn)行的操作多，操縱手需要依照經(jīng)驗(yàn)依次操作，很容易遺漏某些檢測(cè)[4-8]。

當(dāng)前有些檢測(cè)設(shè)備可以進(jìn)行故障診斷，但是專用的檢測(cè)設(shè)備增加成本，硬件接口的連接和操作程序，使得檢測(cè)過程比較復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)一款智能化的自動(dòng)檢測(cè)軟件加載到已有的地面站軟件中，代替飛行前飛行操縱手的復(fù)雜檢查工作是很必要的[9-11]。

1　地面指揮控制的組成及工作原理

地面指揮控制系統(tǒng)是作為系統(tǒng)的指揮作戰(zhàn)中心，是無人機(jī)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。主要進(jìn)行飛行參數(shù)顯示、路徑規(guī)劃、任務(wù)規(guī)劃、飛機(jī)的控制等。

地面指揮控制站系統(tǒng)分為硬件和軟件。硬件部分包含地面站加固計(jì)算機(jī)、無線電數(shù)據(jù)鏈和操作設(shè)備等，軟件主要由數(shù)據(jù)處理軟件、監(jiān)控軟件組成。軟件結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)地面對(duì)無人駕駛飛機(jī)的精確操縱和任務(wù)執(zhí)行。

其中數(shù)據(jù)處理軟件是地面站數(shù)據(jù)交互的入口，主要負(fù)責(zé)所有數(shù)據(jù)的處理，圖像數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)分別通過網(wǎng)絡(luò)TCP/IP通信協(xié)議下傳至系統(tǒng)其它監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件包含了飛行參數(shù)監(jiān)控、導(dǎo)航監(jiān)控和任務(wù)圖像監(jiān)控，監(jiān)控軟件同時(shí)將飛機(jī)控制指令通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理軟件，最終傳送給無線電數(shù)據(jù)鏈終端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的指揮控制[12-14]，無人機(jī)地面站內(nèi)部構(gòu)如圖1所示。

圖1　無人機(jī)地面站內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2　軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1飛行指令狀態(tài)自檢判據(jù)

一個(gè)飛行指令的正確執(zhí)行檢測(cè)包括以下幾方面，1）數(shù)據(jù)處理軟件接收到監(jiān)控軟件發(fā)送的飛行指令，2）飛行控制計(jì)算機(jī)接收到地面站的飛行指令，3）飛機(jī)執(zhí)行該指令后相應(yīng)狀態(tài)的改變符合機(jī)載設(shè)定值。

為了符合飛行前檢測(cè)的規(guī)定，飛行指令操作執(zhí)行按照一定的順序進(jìn)行，不同飛行指令改變的飛行狀態(tài)閾值范圍是按照飛機(jī)性能規(guī)定。軟件采用文本的方式，對(duì)執(zhí)行的飛行指令依次排序，并且寫入飛行狀態(tài)的閾值。

所有飛行自檢開始前，必須保證的狀態(tài)是，數(shù)據(jù)鏈鎖定、飛機(jī)定位、衛(wèi)星定位。如果以上狀態(tài)不滿足，自檢指令所有的執(zhí)行失敗。所以首先執(zhí)行的是這3個(gè)狀態(tài)的判定，然后進(jìn)行其他指令自檢。這些情況事先考慮全面寫入判據(jù)文本，可以更加簡(jiǎn)化飛前檢查流程。本中參數(shù)格式如下所示：

飛行操縱手根據(jù)飛機(jī)性能，改變文本中各個(gè)參數(shù)值，為自動(dòng)檢測(cè)做準(zhǔn)備。

2.2判據(jù)的讀取與緩存

軟件采用TCHAR的字符串?dāng)?shù)據(jù)類型存儲(chǔ)參數(shù)[15]，使用VC中文件操作語句讀取TXT格式的文本文件，按行依次讀取指令、狀態(tài)最大值、狀態(tài)最小值。存儲(chǔ)在變量中，便于程序檢，具體實(shí)現(xiàn)如下：

2.3具體自檢方法

軟件按照模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為文本讀取ReadFile（）、指令參數(shù)狀態(tài)更新UpdateState（）、執(zhí)行指令Execute（）、狀態(tài)檢測(cè)，其中狀態(tài)檢測(cè)分為回報(bào)檢測(cè)CheckFlyInsrtuct（）和參數(shù)檢測(cè) CheckFlyState（）。每一個(gè)指令對(duì)應(yīng)的都有相應(yīng)的CheckFlyInsrtuct（）和CheckFlyState（）函數(shù)，對(duì)這些模塊進(jìn)行具體說明，文本讀取模塊，讀取TXT文本存入變量中；指令參數(shù)狀態(tài)更新，將所有檢測(cè)指令對(duì)應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中更新；回報(bào)檢測(cè)，檢測(cè)指令對(duì)應(yīng)的飛機(jī)回報(bào)狀態(tài)；參數(shù)檢測(cè)，不同指令對(duì)應(yīng)參數(shù)的判定其是否在TXT文本范圍內(nèi)。具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2　軟件流程圖

3　軟件調(diào)試中的問題與解決方法

1）自檢項(xiàng)目的分類

在地面站上安裝軟件后，軟件調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，有些飛行指令執(zhí)行的正確性，除了配合指令標(biāo)志和狀態(tài)，還需要飛前人員觀察飛機(jī)對(duì)應(yīng)硬件設(shè)備的執(zhí)行狀態(tài)，在傳統(tǒng)檢測(cè)中，操縱手也會(huì)因?yàn)椴僮髦噶疃z忘硬件設(shè)備的觀察，為了解決這些，將這些指令執(zhí)行歸為一類，并在其檢測(cè)結(jié)果的后面，自動(dòng)加上相應(yīng)的硬件設(shè)備檢查提示，指令常規(guī)自檢成功后，操縱手手動(dòng)點(diǎn)擊“提示項(xiàng)目完成”按鍵，自檢才算執(zhí)行成功。

2）預(yù)檢軟件的加載方式

由于地面站安裝軟件較多，安裝了預(yù)先自檢軟件后，從視覺上增加屏幕顯示的負(fù)擔(dān)，操作上需要多點(diǎn)擊一個(gè)執(zhí)行程序，因此可以在現(xiàn)有地面站軟件中，添加使能按鍵，調(diào)用預(yù)檢軟件的執(zhí)行程序，這樣操作便捷。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

ShellExecute（NULL，”open”，”Detection.exe”，Null，NULL，SW_SHOWNORMAL）

4　結(jié)束語

飛前預(yù)檢軟件的設(shè)計(jì)提高了無人機(jī)系統(tǒng)地面站飛前檢查的自動(dòng)化。針對(duì)飛行指令自動(dòng)循環(huán)、配合飛機(jī)硬件狀態(tài)進(jìn)行判定。軟件采用VC++2012開發(fā)，該軟件也可以制作成動(dòng)態(tài)鏈接庫，嵌入監(jiān)控軟件中，也可以在監(jiān)控軟件中啟動(dòng)，或者直接安裝在地面站計(jì)算機(jī)中，應(yīng)用方式靈活。通過某民用煤碳探測(cè)型無人機(jī)的飛行使用，該軟件功能簡(jiǎn)化了操縱手飛行前檢測(cè)程序，同時(shí)全面的流程化的自動(dòng)檢測(cè)方式可以保證檢測(cè)的全面性，未檢測(cè)通過的環(huán)節(jié)采取提示保存，減輕操縱手的負(fù)擔(dān)，使其有更多的時(shí)間準(zhǔn)備飛行中的相關(guān)策略。

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Design of the pre detection on the ground control station of UAV

LENG Yue-xiang1，SUN Heng-yi1，LIU Hui-xia2
（1.Xi'an ASN Technology Group Company，Xi'an 710065，China；2.The 365 Institute，Northwest Polytechnical University，Xi'an 710065，China）

According as the composing and working theory of the the ground control station，we design the pre detection software for the intricacies of the detection for the preflight.This software is based on Microsoft Visual C++2012，alse can communication by the common interface with the other softwalls of the station.When the whole system in powered on，the software can detecte automatically by the instruction cycle and observation of hardware..The integration test showed the feasibility and advantage on the pre detection of UAV system.

UAV；the ground control station.；pre detectionl；the instruction cycle

TP311.1

A

1674－6236（2016）21-0141-02

2016-03-21稿件編號(hào)：201603283

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61074155）

冷月香（1986—），女，湖北襄陽人，碩士，工程師。研究方向：無人機(jī)飛行監(jiān)控系統(tǒng)和導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)。