無(wú)人機(jī)管控軟件設(shè)計(jì)

李自然 王偉 王琦

【摘要】? ? 近幾年，隨著無(wú)人機(jī)在軍事和民用中地位的提高，對(duì)無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)的研究也逐步成為一個(gè)熱點(diǎn)。針對(duì)無(wú)人機(jī)管控系統(tǒng)的應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)了一款基于WPF框架的PC端應(yīng)用軟件。該地面站能夠?qū)崟r(shí)顯示無(wú)人機(jī)軌跡、飛行狀態(tài)，可以加載本地作業(yè)任務(wù)或者是新建任務(wù)發(fā)送給無(wú)人機(jī)，同時(shí)可以對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，本文主要介紹了軟件的功能和UI。

【關(guān)鍵詞】? ? 無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)? ? WPF? ? C#? ? 數(shù)據(jù)分析

引言

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在日益發(fā)展，無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)也逐漸成為一個(gè)比較熱門的領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外主流的無(wú)人機(jī)管控系統(tǒng)主要功能有：軌跡顯示、加載電子地圖、狀態(tài)信息顯示、航跡規(guī)劃、飛行數(shù)據(jù)記錄以及操作指令等[1]?，F(xiàn)有的無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)主要依靠的通信方式為串口通信，Socket通信使用較少，一般都需要在電腦端連接一個(gè)串口通信的外置設(shè)備，限制了用戶的操作體驗(yàn)，同時(shí)，大部分地面站有日志文件，但是要等到無(wú)人機(jī)飛行結(jié)束后，才能對(duì)飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這樣對(duì)飛機(jī)參數(shù)的設(shè)置帶來(lái)不小的麻煩。作為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的的“神經(jīng)中樞”，對(duì)地面管控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性的要求也逐步提高。一款簡(jiǎn)單實(shí)用的無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)，使無(wú)人機(jī)能夠執(zhí)行更為復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，降低操作人員的工作量，對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)很大的優(yōu)化。因而，對(duì)無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)的研究有著重大意義，無(wú)人機(jī)地面管控系統(tǒng)也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[2-3]。

一、應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)與工具

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是WPF（Windows Presentation Foundation）框架，與MVC和MVP的最大區(qū)別就是WPF真正做到了前端UI開發(fā)和后端邏輯代碼開發(fā)的分離，讓專門的UI設(shè)計(jì)師開發(fā)前端界面，程序員則主要負(fù)責(zé)對(duì)后端邏輯代碼的編寫。開發(fā)平臺(tái)是Visual Studio 2019，開發(fā)平臺(tái)的使用建立在.NET基礎(chǔ)之上[4-5]，本設(shè)計(jì)的UI部分采用的是XAML語(yǔ)言，它通俗易懂，不需要很專業(yè)的編程基礎(chǔ)，能夠設(shè)計(jì)出優(yōu)美的動(dòng)畫，UI設(shè)計(jì)師可以直接參與項(xiàng)目的研發(fā)。后臺(tái)邏輯部分使用的是C#編程語(yǔ)言，它是由C和C++發(fā)展而來(lái)的一門編程語(yǔ)言，它與java非常相似，同時(shí)與java有著幾乎相同的運(yùn)行過(guò)程，但是C#與組件對(duì)象模型是直接生成的，在此基礎(chǔ)上又增加了其他功能，同時(shí)他是.NET開發(fā)的首選編程語(yǔ)言[5-7]。

二、 軟件功能及界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能框圖如下圖1所示，主要分為電子地圖模塊、軌跡規(guī)劃模塊、傳感器校準(zhǔn)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、固件升級(jí)模塊、視頻模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、虛擬儀表模塊。電子地圖模塊主要包括電子地圖的加載，我們可以加載谷歌、必應(yīng)等各種衛(wèi)星地圖，同時(shí)我們?cè)谟芯W(wǎng)絡(luò)的情況下也可以對(duì)地圖進(jìn)行緩存，這樣在下次加載的時(shí)候就無(wú)需再次下載，而且在無(wú)網(wǎng)絡(luò)的作業(yè)區(qū)域，我們可以提前下載好作業(yè)區(qū)域的衛(wèi)星地圖，這樣就可以正常進(jìn)行作業(yè)。軌跡規(guī)劃模塊主要包括無(wú)人機(jī)軌跡的實(shí)時(shí)顯示，還可以對(duì)無(wú)人機(jī)保存的飛行數(shù)據(jù)日志文件進(jìn)行軌跡回放，查看無(wú)人機(jī)飛行的各種狀態(tài)，同時(shí)可以把已經(jīng)建好的作業(yè)任務(wù)保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，這樣下次可以直接導(dǎo)入，避免重復(fù)規(guī)劃任務(wù)。傳感器校準(zhǔn)模塊主要包括地磁校準(zhǔn)、陀螺儀校準(zhǔn)、加速度計(jì)校準(zhǔn)，在組裝飛控系統(tǒng)之前，對(duì)飛控系統(tǒng)各個(gè)模塊的校準(zhǔn)，可以保證飛控在無(wú)人機(jī)作業(yè)的同時(shí)保持穩(wěn)定高效的運(yùn)作，有效的防止了無(wú)人機(jī)炸機(jī)。參數(shù)設(shè)置模塊主要包括作業(yè)參數(shù)設(shè)置、機(jī)型設(shè)置、燈光設(shè)置，在無(wú)人機(jī)作業(yè)之前我們可以針對(duì)無(wú)人機(jī)上次的飛行狀態(tài)，來(lái)重新設(shè)置一些參數(shù)，讓無(wú)人機(jī)飛行的更加平穩(wěn)。固件升級(jí)模塊主要是用來(lái)對(duì)程序的版本進(jìn)行升級(jí)，把升級(jí)好的固件導(dǎo)入到模塊中，就能夠自動(dòng)更新，減少了研發(fā)人員的工作量。視頻模塊主要包括視頻的實(shí)時(shí)回傳和拍照，通過(guò)實(shí)時(shí)的視頻回傳，我們可以清楚的看到無(wú)人機(jī)前方的障礙物，避免無(wú)人機(jī)撞到障礙物發(fā)生炸機(jī)，同時(shí)拍照功能所拍的照片能夠保存到本地，以備后期查看和使用。數(shù)據(jù)處理模塊主要包括無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示和相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通過(guò)UI界面的展示，我們可以查看無(wú)人機(jī)的高度、速度、電壓等一系列狀態(tài)，同時(shí)，如果發(fā)生電壓過(guò)低，距離過(guò)遠(yuǎn)，地面管控系統(tǒng)會(huì)發(fā)生警報(bào)，來(lái)提醒操作人員做一些相應(yīng)的處理;數(shù)據(jù)處理模塊還包括對(duì)飛行數(shù)據(jù)的查看，我們可以通過(guò)此模塊，查看無(wú)人機(jī)的各種姿態(tài)角、遙控器控制量、油門控制量、任務(wù)航點(diǎn)數(shù)量、以及各個(gè)模塊的版本號(hào);這個(gè)模塊還可以導(dǎo)入相機(jī)圖傳和RTK的數(shù)據(jù)文件，可以查看圖傳的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，上傳照片的數(shù)量，RTK主從天線的衛(wèi)星數(shù)量，同時(shí)可以自主診斷相關(guān)問(wèn)題，圖傳不正常的情況下是圖傳網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題還是程序版本的問(wèn)題，RTK進(jìn)不去的情況下是主天線的問(wèn)題、從天線的問(wèn)題還是環(huán)境本身信號(hào)不好對(duì)其造成的影響，在數(shù)據(jù)分析的二維圖表中點(diǎn)擊相應(yīng)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，由圖的無(wú)人機(jī)標(biāo)記位置也會(huì)對(duì)應(yīng)到其同樣的時(shí)刻，也就是說(shuō)可以再同一時(shí)刻查看無(wú)人機(jī)的各種相關(guān)數(shù)據(jù)。虛擬儀表模塊主要是通過(guò)串口接收無(wú)人機(jī)相關(guān)姿態(tài)的數(shù)據(jù)，送到前端儀表來(lái)展示無(wú)人機(jī)的3D飛行姿態(tài)，使用戶體驗(yàn)更佳。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的逐漸發(fā)展，無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能也日趨豐富[8]，本設(shè)計(jì)不僅能夠?qū)o(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以完成作業(yè)任務(wù)的下發(fā)，同時(shí)可以對(duì)無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，并能夠給出相應(yīng)的診斷結(jié)果，有著廣闊的市場(chǎng)前景與應(yīng)用空間。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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