一种无人直升机便携式测控系统及其测控方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无人直升机地面测控领域，涉及一种针对无人直升机的新型测控终端设备。
【背景技术】
[0002]无人直升机便携式测控站操纵对象为现有无人直升机平台，实现无人直升机的近距使用(如农药喷洒、边境巡逻、电力巡视等)、与方舱大型地面站的配合使用(如任务接管)、分布式部署以及信息共享等。
[0003]无人机(包括无人直升机)控制站，有两个发展方向，一是大型方舱控制站，另一个是小型便携单兵站。在小型便携单兵站方面，现有技术中，无人机的便携式测控站控制部分多以工控机为主，采用键盘和鼠标(一体式或分离式)进行控制输入；起降控制部分以航模控制器为主，如FUTABA，配以物理按键实现起降操作；链路部分以小型、便携电台，作为独立部件或集成到控制部分。
[0004]如兵工自动化(2012年08期)中由罗珊，陈睿璟等提出的便携式地面测控系统，以测控计算机(PC104-1462)、显示终端计算机(PC机，RS232为标准通信接口)、液晶显示器、键盘鼠标、手柄、离散量操纵台(内含PC104控制器、多个开关、按钮)、数传电台等为硬件基础，以遥控、遥测和窗口刷新等为软件构成框架，见图2所示。电台选用MDS9710无线通信电台，通过RS232通信接口与测控计算机连接，实现机载系统与地面遥控遥测系统之间的数据传输。测控计算机以及与其相连的离散量控制台、键盘、显示器主要实现离散指令的输入和输出。显示终端计算机、手柄部分主要完成连续指令的输入和输出。
[0005]从以上系统构成来看，存在以下不足，表现为:
[0006]a)由于采用分离式结构，往往需要两名操作人员进行操作，如一名操作人员操作手柄、另一名操作人员操作鼠标键盘，操作复杂程度高，难以单人操作；
[0007]b)野外环境适应性不足，如如何满足强光下的使用要求、野外供电、人员操作位置等没有详细叙述；
[0008]c)系统构成设备较多，可靠性低。
【发明内容】
[0009]为了解决上述问题，本发明首先提出了一种无人直升机便携式测控系统，以成本控制、单兵便携以及野外应用为目标，重点解决单人操作、野外环境适应性以及长时间工作问题，在操作方式上率先采用触控操作方式，降低了人员需求和操作人员工作强度，同时，考虑了野外使用环境，在软硬件方面基于人机功效开展了系统设计，包括视觉调节、视觉功效等，提升了操作人员舒适性。
[0010]本发明无人直升机便携式测控系统，包括数字收发机、控制器、通信板卡、杆量操作手柄，其中，在控制器机箱上装载显示器和触摸板，控制器机箱内部安装控制器母板，母板上安装有CPU主板、通信板卡及控制器接口 ；
[0011]数字收发机机箱内部装载收发机及射频前端模块、二次电源模块，数字收发机机箱后侧设置天线接口，用于连接外部天线，数字收发机机箱右侧设置矩形航插锁紧孔，矩形航插锁紧孔与手柄通过可拆卸结构连接；
[0012]控制器机箱和数字收发机机箱通过支臂以及合页和显示器相连，支臂内部布设连接电缆。
[0013]优选的是，所述控制器接口包括网络接口、USB接口和VGA接口、RS422/232接口，上述接口引出至控制器机箱外部，便于调试使用。
[0014]在上述任一方案中优选的是，所述数字收发机机箱后侧设有供电接口，用于与外部锂电池连接，所述锂电池选用容量为3 IAh的锂电池WP-ADA-73100为系统供电，可满足系统连续工作4h以上，供电通过内部连线输入至二次电源模块。
[0015]在上述任一方案中优选的是，数字收发机机箱的前侧固定有提手，用于设备的搬运。
[0016]在上述任一方案中优选的是，数字收发机机箱上面板两侧铺设防滑胶带，用于控制器部分视角调节时对面板的防护，同时具有防滑作用。
[0017]在上述任一方案中优选的是，手柄通过防松脱螺母与数字收发机机箱连接，控制器机箱和数字收发机机箱通过支臂以及合页闭合后，通过卡扣锁紧。
[0018]在上述任一方案中优选的是，手柄中传感器和按钮开关的输出采用意法半导体的STC12C5A60S2芯片进行采集和处理，并通过RS422串口输出。
[0019]在上述任一方案中优选的是，手柄传感器、按键根据各个杆量所处位置以及按键状态产生对应的输出，由STC12C5A60S2芯片进行采集和处理，CPU主板基于事件触发接收来自通信板卡的手柄数据，由数字收发机将上行遥控数据编码、调制、扩频后进行无线射频发送。
[0020]在上述任一方案中优选的是，所述数字收发机接收来自无线链路的遥测数据和载荷数据，将遥测数据通过RS422接口、载荷数据通过网络接口周期发送给控制器部分，CPU主板基于事件触发接收来自通信板卡的遥测数据和来自网口的载荷数据，通过对数据进行解析和处理，送人机操作界面进行显示。
[0021]一种无人直升机便携式测控方法，采用所述的无人直升机便携式测控系统对无人机进行测控，包括以下方法:
[0022]A、通过选择监控/回放模式启动系统；
[0023]B、如果启动模式为监控，则进行信息以及系统的初始化，包括发出遥控指令、接收手柄数据、接收遥控数据以及接收载荷数据，其中，接收手柄数据后通过解帧和提取连续量数值，之后与发出的遥控指令进行组帧，之后通过串口发送遥控数据帧；接收遥控数据通过解帧进行界面线程显示；接收载荷数据时解析网络数据帧，组成图像数据帧并推送至界面显不;
[0024]C、如果启动模式为回放，首先读取历史数据，之后判断接收的数据为遥控数据还是载荷数据，分别按照步骤B中的计算过程进行解帧显示或解析网络数据帧，组成图像数据帧。
[0025]本发明关键点:
[0026]a)采用触控操作和手柄操作，实现单人操作；
[0027]b)触摸屏的视角调节:通过支臂和合页解决了不同人员使用时的视角可调问题，并且在触控条件下，视角不会发生变化；
[0028]c)采用多进程、多线程、多媒体时钟精确定时等技术实现遥控数据实时发送、遥测数据实时处理和信息显示，使得系统操作流畅。
【附图说明】
[0029]图1是按照本发明无人直升机便携式测控系统及其测控方法的一优选实施例的系统总体构成及接口关系示意图。
[0030]图2是图1所示实施例的控制器机箱结构图。
[0031]图3是图1所示实施例的数字收发机机箱结构图。
[0032]图4是图1所示实施例的测控站整体结构图。
[0033]图5是图1所示实施例的工作流程图。
[0034]其中，I为控制器机箱，2为控制器母板，3为通信板卡，4为散热风扇，5为CPU主板，6为的USB接口和VGA接口，7为RS422/232接口，8为网络接口，9为数字收发机机箱，10为供电接口，11为天线接口，12为二次电源模块，13为矩形航插锁紧孔，14为合页，15为提手，16为防滑胶带，17为防松脱螺母，18为支臂，19为显示器，20为触摸板，21为手柄。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明所涉及的柔性梁刚度测量装置做进一步详细说明，本发明以成本控制、单兵便携以及野外应用为目标，重点解决单人操作、野外环境适应性以及长时间工作问题。
[0036]—种新型无人直升机便携式测控站，它是由数字收发机、控制器、触摸屏、RS422通信板卡、杆量操作手柄等组合而形成的一种嵌入式系统控制设备。
[0037]在本实施例中，系统总体构成及接口关系见图1所示，主要包括以下几点。
[0038](I)采用成熟数字收发机:
[0039]根据国内外无人机便携式现状分析以及无人直升机平台特点，在地面数据终端(数据链的地面部分)选择某单位成熟数字收发机产品，其遥控遥测接口为RS422、载荷数据接口为以太网。
[0040](2)应用嵌入式控制器
[0041]由于笔记本和工控机难以适用野外环境，包括可视性和供电等方面，故选择高性能嵌入式处理器。在综合衡量可靠性、功耗、进度、成本、接口扩展性、图形化软件开发和移植、便携等因素的基础上，控制器选择凌华公司PCI/104总线的主机板CM-920，其技术参数如下:
[0042]a)CPU:17，1.7GHz，双核;
[0043]b)媒体处理:HW JPEG和MJPEG解码；完整的硬件MPEG2编码；
[0044]c)视频接口:LVDS 和 VGA ；
[0045]d)以太网:2个10/100/1000自适应网口 ；
[0046]e)USB:4 个 USB2.0 ;
[0047]f)内存:2GB ;
[0048]g)硬盘:固态硬盘，64G ;
[0049]h)支持Windows XP操作系统。
[0050]为保证通信的稳定性和考虑接口扩展需求，选用盛博公司RS422总线串口数据通信板PMSP-8与控制器配套使用，实现遥控遥控数据的收发。
[0051](3)采用触控操作方式
[0052]由于传输的键盘/鼠标、航模控制器操作难以满足单人操作需求，故在操作方式上选择单点电阻触摸屏。
[0053]触摸屏主要用于遥控指令、遥测数据的显示，不同的显示画面可以通过软按钮进行切换。考虑页面多内容显示和野外使用环境，选用三菱公司的AA121XL01高亮度液晶屏作为主机板的输出显示屏，参数如下:
[0054]a)尺寸:12.1 英寸；
[0055]b)解析度:1024 X 3 (H) X 768 (V)；
[0056]c)可视范围:245.76 (H) X 184.32 (V)；
[0057]d)信号接口: LVDS ;
[0058]e)亮度:1000 (cd/m2)；
[0059]f)对比度:600:1 ;
[0060]g)工作温度:-30 ?80? ;
[0061]h)工作电压:5V、12V ;
[0062]i)工作电流:320/600mA(Typ/Max)。
[0063]选用触摸屏T121S-5RAY06P-3A28R4-200FH与显示屏配套使用。
[0064](4)基于杆量操作
[0065]传统的航模控制器需要单人双手才能完成操作，难以满足设计要求，为此选择手柄产生无人直升机起降控制所需的周期变距、横向周期变距、总距、尾桨距以及左右偏航控制参数距量。
[0066]为了保证手柄的质量和精度，选用智能控制科技有限公司的手柄进行适应性改进设计，这要涉及传感器的选型和采集电路的设计，手柄中传感器和按钮开关的输出采用意法半导体的STC12C5A60S2芯片进行采集和处理，并通过RS422串口输出。
[0067](5)采用锂电池供电:
[0068]在上述硬件确定后，根据各个模块功耗及系统连续工作时间，计算得出电池容量为18.75Ah，选用容量为31Ah的锂电池(WP-ADA-73100)为系统供电，可满足系统连续工作4h以上。
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