一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统的制作方法

1.本发明属于无人机操控技术领域，尤其涉及一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统。


背景技术：

2.近年来，大型无人机虽然快速发展，不同任务、人员安排对无人机系统的操控提出了新的需求，要求在人员有限、指挥控制站数量有限的情况下尽可能同时控制更多的类型的无人机。
3.目前在指挥控制领域仍然使用传统的一个指挥控制站控制一架无人机，或者一个指挥控制站部署两套控制席位和两套独立数据链单元单独控制两架同类型无人机，没有实现双机交互，实际上仍然是按照两组机组人员在进行操作，并没有真正实现无人机控制融合、无人机链路操控融合。
4.目前的一站控制双机的系统并没有考虑在视距链路或卫通链路失效的情况下应急通信能力，会降低系统的安全性；没有考虑到席位间可能存在切换控制同一架无人机的操作冲突问题，没有考虑到席位间不同类型无人机互相切换时候的软件及时匹配问题和操作问题，容易造成误控、操作不同步，影响飞行安全。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统，通过本系统结构设置，使得指挥控制站能够在视距范围内或超视距的情况下进行两架同类型/不同类型无人机的同时监控。
6.本发明目的通过下述技术方案来实现：一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统，所述双机控制系统包括：两组飞行监控席位、通信管理席位、链路调度设备、视距主链路地面终端、视距副链路地面终端以及卫通地面终端；所述链路调度设备同两组飞行监控席位、通信管理席位、视距主链路地面终端、视距副链路地面终端和卫通地面终端分别链接；所述视距主链路地面终端和视距副链路地面终端分别与待控制的第一无人机和第二无人机通信连通，所述卫通地面终端经宽带通信卫星分别与待控制的第一无人机和第二无人机通信连通；所述飞行监控席位被配置为完成各链路下传的无人机平台系统数据的接收，并解析出各无人机的类型和编号，同时基于操控需求完成对无人机进行选择监视和控制。
7.根据一个优选的实施方式，所述飞行监控席位在对无人机进行监控过程中同时产生所监控飞机的飞行控制帧、飞行消息帧；并同时接收其他飞行监控席位的飞行消息帧；所述飞行控制帧包括当前控制无人机的飞机类型和编号、飞行控制指令、操作杆量；所述飞行消息帧包括本席位编号、本席位监控状态、实际控制的飞机类型和编号、申请控制的飞机类型和编号、操作杆量。
8.根据一个优选的实施方式，所述双机控制系统还包括两组任务监控席位，所述任
务监控席位与所述链路调度设备链接，所述任务监控席位被配置为完成各链路下传的无人机载荷系统数据的接收，同时基于操控需求完成对任一无人机载荷进行选择控制；所述任务监控席位在对无人机监控过程中同时产生所监控飞机的任务控制帧、任务消息帧，并同时接收其他任务监控席位的任务消息帧；所述任务控制帧包括当前控制无人机的飞机类型和编号、载荷控制指令、操作杆量；所述任务消息帧包括当前本席位编号、本席位状态、实际控制的飞机类型和编号、申请控制的飞机类型和编号、操作杆量。
9.根据一个优选的实施方式，所述飞行监控席位和/或任务监控席位对无人机及无人机的载荷的选择操控包括：申请控制模式、强制控制模式和互换控制模式。
10.根据一个优选的实施方式，所述申请控制模式包括：第一席位基于第二席位的消息帧判断是否有第二席位在进行选择无人机的飞行或载荷控制；当第二席位正在进行飞行或载荷控制，则第一席位发送消息帧至第二席位申请所选无人机的飞行或载荷控制权；同时第一席位进行操作杆位置检查，当操作杆为手动模式时，反馈第一席位与第二席位的操作杆位置是否一致，当操作杆位随动模式，则第一席位的操作杆自动根据第二席位的操作杆随动；当第二席位没有控制飞行或载荷时，则第一席位直接实现相应无人机的飞行或载荷监控。
11.根据一个优选的实施方式，所述强制控制模式包括：第一席位基于第二席位的消息帧判断是否有第二席位在进行选择无人机的飞行或载荷控制；当第二席位正在进行飞行或载荷控制且是自主模式时，第一席位选择需要强制切换的无人机，直接控制第二席位关闭飞行或载荷控制权，第一席位切换至选择无人机的飞行或载荷进行监控；当第二席位正在控制飞行或载荷且是人工模式时，第一席位选择需要强制切换的无人机，并将操作杆设置为随动模式，直至完成与第二席位操作杆的同步后，控制第二席位关闭飞行或载荷的控制权，并由第一席位进行相应无人机的飞行或载荷监控。
12.根据一个优选的实施方式，所述互换控制模式包括：当第一席位和第二席位在进行不同无人机的飞行或载荷监控且第一席位正在控制无人机或无人机载荷是自主模式时，第一席位可以提出席位互换申请；同时第一席位进行操作杆位置检查，当操作杆为手动模式时，反馈第一席位与第二席位的操作杆位置是否一致，当操作杆为随动模式，则第一席位的操作杆自动根据第二席位的操作杆随动；第二席位成功接受互换申请的条件为第一席位的操作杆为自主模式，且第一席位的操作杆与第二席位的操作杆位置相同。
13.根据一个优选的实施方式，所述视距主链路地面终端、视距副链路地面终端和卫通地面终端基于通信管理席位的链路调度帧设置飞机类型和编号完成相应飞机的通信，并反馈链路状态帧至通信管理席位；同时，所述通信管理席位基于接收的链路状态帧对所各链路状态进行监控，并根据控制需求对飞机的链路进行管理和调度，产生链路调度帧，其中，所述链路调度帧包括各个链路需要控制无人机的飞机类型和编号。
14.根据一个优选的实施方式，所述双机控制系统还包括北斗地面终端，所述北斗地面终端与链路调度设备链接；所述北斗地面终端基于通信管理席位设置的链路调度帧飞机类型和编号完成相应飞机的通信，并反馈链路状态帧至通信管理席位；所述北斗地面终端经北斗通信卫星分别与待控制的第一无人机和第二无人机通信连通。
15.前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知
常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
16.本发明的有益效果：本发明提出了一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统，该系统通过链路调度方法，使指挥控制站能够在视距范围内或超视距的情况下进行两架同类型/不同类型无人机的同时监控，同时保证两个无人机都有视距和卫通链路备份监控，同时通过北斗应急链路进行视距或卫通链路失效情况的应急通信。
17.本发明提出的切换方式充分考虑了飞机人工或自动模式的情况，能够安全有效快速的进行席位控制权切换或交接，避免了沟通无效、不畅或确认时间过长对控制权切换或交接带来的安全隐患。
附图说明
18.图1是本发明双机控制系统的结构示意图。
19.其中，1
‑
第一飞行监控席位，2
‑
第二飞行监控席位，3
‑
通信管理席位，4
‑
链路调度设备，5
‑
视距主链路地面终端，6
‑
北斗地面终端，7
‑
卫通地面终端，8
‑
视距副链路地面终端，9
‑
第一无人机，10
‑
第二无人机，11
‑
北斗通信卫星，12
‑
宽带通信卫星，13
‑
第一北斗通信卡，14
‑
第二北斗通信卡，15
‑
第一调制解调模块，16
‑
第二调制解调模块。
具体实施方式
20.需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.实施例1：参考图1所示，本发明公开了一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统，所述双机控制系统包括：两组飞行监控席位、两组任务监控席位、通信管理席位3、链路调度设备4、视距主链路地面终端5、视距副链路地面终端8、卫通地面终端7以及北斗地面终端6。
23.其中，所述链路调度设备4同两组飞行监控席位、两组任务监控席位、通信管理席位3、视距主链路地面终端5、视距副链路地面终端8、卫通地面终端7和北斗地面终端6分别链接。
24.视距主链路地面终端5和视距副链路地面终端8分别与待控制的第一无人机9和第二无人机10通信连通。所述卫通地面终端7经宽带通信卫星12分别与待控制的第一无人机9和第二无人机10通信连通。所述北斗地面终端6经北斗通信卫星11分别与待控制的第一无人机9和第二无人机10通信连通。
25.优选地，所述飞行监控席位被配置为完成各链路下传的无人机平台系统数据的接收，并解析出各无人机的类型和编号，同时基于操控需求完成对无人机进行选择监视和控制。选择控制过程包括申请控制、强制控制和互换控制三种模式，根据切换无人机类型进行
席位软件模块动态切换。
26.进一步地，所述飞行监控席位在对无人机进行监控过程中同时产生所监控飞机的飞行控制帧、飞行消息帧；并同时接收其他飞行监控席位的飞行消息帧。
27.优选地，所述飞行控制帧包括当前控制无人机的飞机类型和编号、飞行控制指令、操作杆量。
28.优选地，所述飞行消息帧包括本席位编号、本席位监控状态、实际控制的飞机类型和编号、申请控制的飞机类型和编号、操作杆量。
29.优选地，任务监控席位被配置为完成各链路下传的无人机载荷系统数据的接收，同时基于操控需求完成对任一无人机载荷进行选择控制。选择控制过程包括申请控制、强制控制和互换控制三种模式，根据切换无人机类型进行席位软件模块动态切换。
30.进一步地，所述任务监控席位在对无人机监控过程中同时产生所监控飞机的任务控制帧、任务消息帧，并同时接收其他任务监控席位的任务消息帧。
31.优选地，所述任务控制帧包括当前控制无人机的飞机类型和编号、载荷控制指令、操作杆量。
32.优选地，所述任务消息帧包括当前本席位编号、本席位状态、实际控制的飞机类型和编号、申请控制的飞机类型和编号、操作杆量。
33.优选地，两组飞行监控席位分别为第一飞行监控席位1和第二飞行监控席位2。
34.（1）飞行监控席位的申请控制模式包括：第一席位基于第二席位的消息帧判断是否有第二席位在进行选择无人机的控制。
35.当第二席位正在控制飞机，则第一席位发送消息帧至第二席位申请所选无人机的控制权。第二席位可以允许或拒绝第一席位的申请。同时第一席位进行操作杆位置检查，当操作杆为手动模式时，反馈第一席位与第二席位的操作杆位置是否一致，当操作杆位随动模式，则第一席位的操作杆自动根据第二席位的操作杆随动。
36.当第二席位没有控制飞机，则第一席位直接实现相应无人机监控。
37.其中第二席位允许逻辑：如果无人机当前为人工模式，第二席位在收到切换申请的时候，需要判断第一席位操作杆是否移动到和本席位一致的位置，如果一致则可以允许，如果不一致则等待或者拒绝。允许后，第一席位关闭当前监控飞机的控制权，切换至申请无人机进行监控，第二席位关闭控制权。
38.（2）飞行监控席位的强制控制模式包括：第一席位基于第二席位的消息帧判断是否有第二席位在进行选择无人机的控制。
39.当第二席位正在控制飞机且是自主模式时，第一席位选择需要强制切换的无人机，直接控制第二席位关闭无人机控制权，第一席位切换至选择无人机进行监控。
40.当第二席位正在控制飞机且是人工模式时，第一席位选择需要强制切换的无人机，并将操作杆设置为随动模式，直至完成与第二席位操作杆的同步后，控制第二席位关闭无人机的控制权，并由第一席位进行相应无人机的监控。
41.（3）飞行监控席位的互换控制模式包括：当第一席位和第二席位在进行不同飞机的监控时，第一席位提出席位互换申请，第二席位接受或拒绝监控。
42.第二席位成功接受互换申请的条件为第一席位的操作杆为自主模式，且第一席位
的操作杆与第二席位的操作杆位置相同。
43.如果两个席位都是人工模式，则不允许进行系统互换操作。
44.如果第二席位是人工模式，第二席位在收到互换申请的时候，需要判断第一席位操作杆是否移动到和本席位一致的位置，如果一致则可以允许，如果不一致则等待或者拒绝。允许后，第一席位切到到第二席位监控无人机的控制权，第二席位切换至第一席位监控无人机控制权。
45.优选地，两组任务监控席位分别为第一任务监控席位和第二任务监控席位。
46.（1）任务监控席位的申请控制模式包括：第一席位基于第二席位的消息帧判断是否有第二席位在进行选择某无人机的载荷的控制。
47.当第二席位正在控制某无人机的载荷，则第一席位发送消息帧至第二席位申请所选无人机的载荷的控制权。第二席位可以允许或拒绝第一席位的申请。同时第一席位进行操作杆位置检查，当操作杆为手动模式时，反馈第一席位与第二席位的操作杆位置是否一致，当操作杆位随动模式，则第一席位的操作杆自动根据第二席位的操作杆随动。
48.当第二席位没有控制飞机的载荷，则第一席位直接实现相应无人机的载荷监控。
49.其中第二席位允许逻辑：如果无人机的载荷当前为人工模式，第二席位在收到切换申请的时候，需要判断第一席位操作杆是否移动到和本席位一致的位置，如果一致则可以允许，如果不一致则等待或者拒绝。允许后，第一席位关闭当前监控飞机的载荷的控制权，切换至申请无人机的载荷进行监控，第二席位关闭控制权。
50.（2）任务监控席位的强制控制模式包括：第一席位基于第二席位的消息帧判断是否有第二席位在进行选择某一无人机的载荷控制。
51.当第二席位正在控制飞机的载荷且是自主模式时，第一席位选择需要强制切换的无人机，直接控制第二席位关闭无人机的载荷控制权，第一席位切换至选择无人机的载荷进行监控。
52.当第二席位正在控制飞机的载荷且是人工模式时，第一席位选择需要强制切换的无人机，并将操作杆设置为随动模式，直至完成与第二席位操作杆的同步后，控制第二席位关闭无人机的载荷的控制权，并由第一席位进行相应无人机的载荷的监控。
53.（3）任务监控席位的互换控制模式包括：当第一席位和第二席位在进行不同飞机的载荷的监控时，第一席位提出席位互换申请，第二席位接受或拒绝监控。
54.第二席位成功接受互换申请的条件为第一席位的操作杆为自主模式，且第一席位的操作杆与第二席位的操作杆位置相同。
55.如果两个席位都是人工模式，则不允许进行系统互换操作。
56.如果第二席位是人工模式，第二席位在收到互换申请的时候，需要判断第一席位操作杆是否移动到和本席位一致的位置，如果一致则可以允许，如果不一致则等待或者拒绝。允许后，第一席位切到到第二席位监控无人机的载荷的控制权，第二席位切换至第一席位监控无人机的载荷控制权。
57.本发明提出的一站控双机的调度方法，充分考虑正常情况下无人机在人工飞行时
候的席位安全交接逻辑；也考虑了席位故障、人员操作失误等应急情况下，强制切换的逻辑。使指挥控制站能够在视距范围内或超视距的情况下进行两架同类型/不同类型无人机的同时监控。
58.优选地，所述视距主链路地面终端5、视距副链路地面终端8和卫通地面终端7基于通信管理席位3设置飞机类型和编号完成相应飞机的通信，并反馈链路状态帧至通信管理席位3。
59.视距主链路地面终端5根据通信管理席位3设置的飞机类型和编号，进行对应无人机控制数据的传输，同时反馈视距主链路状态帧。主链路状态帧包括飞机类型和编号。
60.视距副链路地面终端8根据通信管理席位3设置的飞机和编号，进行对应无人机控制数据的传输，同时反馈视距副链路状态帧。副链路状态帧包括飞机类型和编号。
61.双机视距链路切换逻辑：视距链路地面终端接收所有链路的飞机数据，解析出类型和编号，根据通信管理席位3切换的飞机类型和编号，从飞行数据中解析出对应无人机的经度、纬度和相对高度，解算出链路天线指向位置，进行无人机锁定和监控。
62.卫通地面终端7包括两个调制解调模块，分别为第一调制解调模块15和第二调制解调模块16，能够同时进行两个频段通道的卫星信号的调制解调。 根据通信管理席位3针对不同频段通道设置的飞机类型和编号，进行对应飞机控制数据的传输，同时反馈卫通链路状态帧。卫通链路状态帧包括频段通道号、飞机类型和编号。
63.现有技术中，一套无人机指挥控制系统会配置视距主链路、副链路和卫通链路，对一架无人机进行监控；本发明在一套无人机系统的基础上，增加卫通调制解调模块，使用一套无人机指挥控制系统，采用链路调度方式，在不增加链路系统复杂度和控制成本的情况下，能够保证每个飞机都有视距链路、卫通链路的冗余备份。
64.北斗地面终端6配置两张北斗通信卡，分别为第一北斗通信卡13和第二北斗通信卡14，可以通过不同的卡实现两路北斗短报文通信。根据通信管理席位3针对两张卡设置的飞机类型和编号，进行对应无人机控制数据的传输，同时反馈北斗链路状态帧。北斗链路状态帧包括北斗卡号和飞机编号。
65.本发明增加双模北斗通信模块，解决了超视距情况下仅有卫通单链路通信的情况，增加了超视距情况下一站控双机的链路安全性。
66.同时，所述通信管理席位3基于接收的链路状态帧对所各链路状态进行监控，并根据控制需求对飞机的链路进行管理和调度，产生链路调度帧，其中，所述链路调度帧包括各个链路需要控制无人机的飞机类型和编号。通信管理席位3可以对各种链路地面终端进行飞机类型和编号设置，并将设置好的链路和飞机类型编号的对应关系通过链路调度帧发送到各个席位。
67.本发明控制系统根据切换的飞机类型进行软件模块切换：席位软件架构包含指挥控制站能够监控的所有类型无人机的切换控制模块和无人机监控模块。其中无人机切换控制模块属于共用模块，无人机监控模块属于专用模块，根据不同飞机类型可动态加载不同的监控模块。每次切换无人机监控模块不需要重新启动软件，实现模块动态卸载和加载，保证切换的实时性。当本席位切换无人机成功后，席位监控软件判断切换飞机类型和上一个飞机类型是否一致，如果一致，不进行监控模块切换操作；如果不一致，关闭上一个类型无人机的监控模块，根据飞机类型，在本地软件目录加载当前控制的类型无人机监控模块，实
现无人机切换软件自适应。
68.本发明提出了一种大型无人机指挥控制站的双机控制系统，该系统通过链路调度方法，使指挥控制站能够在视距范围内或超视距的情况下进行两架同类型/不同类型无人机的同时监控，同时保证两个无人机都有视距和卫通链路备份监控，同时通过北斗应急链路进行视距或卫通链路失效情况的应急通信。
69.前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。