摘要:测控系统作为无人机电子信息系统的核心,是无人机系统的重要组成部分。本文阐述了无人机测控系统的主要功能,描述了某小型无人机测控系统的组成。
关键词:无人机;遥控遥测;地面站;操纵器
中图分类号:E926 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)02-0305-02
1 引言
无线电遥控遥测系统是实施对无人机飞行管理的核心,也是保证无人机安全飞行与回收的关键,无线电遥控遥测分系统简称为测控分系统,按功能可以分为无线电遥控子系统、无线电遥测子系统和地面站显示终端。无线电遥控子系统主要用于传输地面操纵人员的指令,引导无人机按操纵人员的旨意飞行以及对安全区的坐标数据进行传输;无线电遥测子系统用于传送无人机的状态参数、位置坐标等信息给地面站;地面站显示终端对无人机的飞行参数、飞行姿态、航向和航迹进行显示,并对程控航线和安全区域进行规化,将规化好的坐标以无线电方式实时转送到机载飞控系统,显示终端还可以对飞行数据进行保存和回放。
作为无人机飞行管理的核心,无线电遥控遥测分系统的主要功能如下:
(1)传送遥控指令;
(2)显示无人机的航迹、姿态、位置、机载设备工作状态、当前遥控指令、测控数据传输质量等信息;
(3)设置并装定无人机的原始参数、原点位置、飞行航路和安全区;
(4)管理无人机飞行数据;
(5)提供遥测信息的串口数据,以接入局域网。
2 测控系统的组成
该小型无人机测控分系统组成框图如图1,它包括机载遥控遥测收发一体机、地面遥控遥测收发一体机、地面站、遥控指令操纵器及天线,并在地面站上增加了一个专用接口供数据接入局域网。
2.1 遥控遥测收发一体机
遥控遥测机载及地面收发一体机均由GD无线数传电台构成,该电台具有如下特点:
(1)高性能、高稳定、高可靠,适用于各种恶劣的工作环境;
(2)软件改变发射功率,不打开电台即可改变输出功率;
(3)软件改变静噪开启电平,现场安装更方便;
(4)数据电台采用温补频率基准源,确保高稳定收发频率;
(5)空中传输速率高达9.6Kbps;
(6)采用前向纠错,交织/反交织,误码率降到最低;
(7)循环冗余校验(CRC),数据更可靠;
(8)收发转换时间更短,数据延时更小;
(9)结构紧凑,体积小巧;
GD无线数传电台由发射机、接收机、锁相环频率合成器、基带处理、调制解调器、微处理器、接口电路等部分组成,其原理如图2所示。
发射机将基带信号调制到射频上,进行功率放大和滤波。
接收机对接收到的射频信号进行滤波、放大、混频、鉴频等一系列处理后得到基带信号。
锁相环频率合成器提供发射和接收所需频率的信号。
基带处理对基带信号进行滤波、放大、预加重、去加重等处理。
调制解调器完成数据信号调制为模拟信号以及模拟信号解调为数据信号的变换。
微处理器完成控制、数据处理、参数设置、接口控制等。
接口电路实现与外接设备的电平转换与接口。
发射工作过程:基带信号经过基带处理后送至调制器,然后经过小信号放大、功率放大和多级滤波后输出至天线口。
接收工作过程:天线口进来的信号经过滤波、低噪声放大、混频、中频滤波与放大、二次混频、滤波、鉴频、基带处理等过程还原信号。
2.2 地面站及操纵器
地面站的组成见图3,它主要包括综合管理控制器、副站管理控制器、收发一体数传电台、工控机、LCD显示器、鼠标及两个RS-232口。综合管理控制器是地面站的核心,主要数据的发射与接收、副站信息的处理及与工控机之间的数据通信;副站管理控制器负责对遥控指令操纵器送来的信号进行时序排序与编码并送给综合管理控制器;遥控发射和遥测接收模块主要负责把遥控信息给电台并处理电台送来的遥测信息;工控机负责对遥测信息进行处理并送LCD显示器进行显示;鼠标用于对测显软件的操作、无人机参数的设定及飞行数据的存储等;一个RS-232口用于工控机与综合管理控制器之间进行通信,另一个RS-232口用于工控机与局域网上计算机之间进行通信。
操纵器分为遥控主控制台和遥控副操纵器,如图4和图5所示。操纵器的面板上有6个板键开关,每个开关对应2个指令,故6个板键开关共可实现12个指令;21个微动开关各对应1个指令,故可实现21个指令;33个开关指令分别是:远航、返航、上舵、下舵、俯冲、爬升、左定向、右定向、左舵、右舵、左盘旋、右盘旋、横平、纵平、靶Ⅰ放、靶Ⅰ切、靶Ⅱ放、靶Ⅱ切、启动、降高Ⅰ、降高Ⅱ、加GPS、程控Ⅰ、程控Ⅱ、左修、右修、归航、大车、小车、回收、抛伞、停车、巡航。
2.3 天线
采用高增益天线,地面天线的长度为400cm,架高后总高度为1000cm,增益为10dBi,机上天线长度为25cm,增益为2.15dBi。
3 结语
测控系统作为无人机电子信息系统的核心,并作为空中与地面之间联系的唯一纽带,一方面需要研究新体制抗干扰技术,不断提高自身测控反对抗能力,以适应未来复杂的战场电磁环境;另一方面,由于无人机系统的应用正在向通用化、智能化、宽带化和网络化方向发展,无人机系统将需要在指挥控制系统通用化与互操作、一站多机通用控制站、抗干扰高速宽带数据链、协同组网与演示试验等方面加大投入,不断提高无人机测控系统技术水平,适应无人机的可持续发展。
参考文献
[1]吴益民等.无人机遥控遥侧数据实时处理研究[J].计算机侧量与控制,2006.
[2]张劲锐等.基于GIS的无人机地面测控系统设计与实现[J].弹箭与制导学报,2008.
[3]马传焱. 无人机测控系统抗干扰技术与应用分析[J].飞航导弹,2006.