無人機地面控制站飛行預檢軟件的設計

冷月香，孫恒義，劉慧霞

（1.西安愛生技術集團公司 陜西 西安710065；2.西北工業大學365所，陜西 西安710065）

無人機地面控制站飛行預檢軟件的設計

冷月香1，孫恒義1，劉慧霞2

（1.西安愛生技術集團公司 陜西 西安710065；2.西北工業大學365所，陜西 西安710065）

依據無人機地面指揮控制站系統的組成和工作原理，針對飛行前操作手的檢測工作的繁瑣性，設計了飛行預檢軟件。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行通信，全系統加電后，進行飛行前的測試環節，采用自動檢測模式，指令循環結合飛機硬件觀測的檢測狀態進行提示。經過系統聯試，表明該軟件在全系統的飛行前使用的可行性和優越性。

無人機；地面指揮控制站；預先檢測；指令循環

近年無人駕駛飛機的日益發展，為了滿足更多性能，高配置系統的復雜性提高，成本隨之增加，因此飛機安全是首要保證[1-3]。

在飛機起飛前，地面指揮控制站、無人駕駛飛機和數據鏈控制站，全系統加電，飛機滿油狀態下，飛行操作手需要通過地面控制站的飛行監控系統，進行相關指令循環，包括飛行控制指令、地面設置指令能、鏈路控制指令和發動機控制指令，確保全系統的完備性，所有環節測試合格后，才可以能開始飛行。這一系列指令循環環節進行的操作多，操縱手需要依照經驗依次操作，很容易遺漏某些檢測[4-8]。

當前有些檢測設備可以進行故障診斷，但是專用的檢測設備增加成本，硬件接口的連接和操作程序，使得檢測過程比較復雜，因此設計一款智能化的自動檢測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

地面指揮控制系統是作為系統的指揮作戰中心，是無人機系統中不可或缺的組成部分。主要進行飛行參數顯示、路徑規劃、任務規劃、飛機的控制等。

地面指揮控制站系統分為硬件和軟件。硬件部分包含地面站加固計算機、無線電數據鏈和操作設備等，軟件主要由數據處理軟件、監控軟件組成。軟件結合硬件實現地面對無人駕駛飛機的精確操縱和任務執行。

其中數據處理軟件是地面站數據交互的入口，主要負責所有數據的處理，圖像數據和飛行數據分別通過網絡TCP/IP通信協議下傳至系統其它監控軟件，監控軟件包含了飛行參數監控、導航監控和任務圖像監控，監控軟件同時將飛機控制指令通過網絡發送至數據處理軟件，最終傳送給無線電數據鏈終端，從而實現對無人機的指揮控制[12-14]，無人機地面站內部構如圖1所示。

圖1　無人機地面站內部結構

2　軟件的設計與實現

2.1飛行指令狀態自檢判據

一個飛行指令的正確執行檢測包括以下幾方面，1）數據處理軟件接收到監控軟件發送的飛行指令，2）飛行控制計算機接收到地面站的飛行指令，3）飛機執行該指令后相應狀態的改變符合機載設定值。

為了符合飛行前檢測的規定，飛行指令操作執行按照一定的順序進行，不同飛行指令改變的飛行狀態閾值范圍是按照飛機性能規定。軟件采用文本的方式，對執行的飛行指令依次排序，并且寫入飛行狀態的閾值。

所有飛行自檢開始前，必須保證的狀態是，數據鏈鎖定、飛機定位、衛星定位。如果以上狀態不滿足，自檢指令所有的執行失敗。所以首先執行的是這3個狀態的判定，然后進行其他指令自檢。這些情況事先考慮全面寫入判據文本，可以更加簡化飛前檢查流程。本中參數格式如下所示：

飛行操縱手根據飛機性能，改變文本中各個參數值，為自動檢測做準備。

2.2判據的讀取與緩存

軟件采用TCHAR的字符串數據類型存儲參數[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、狀態最大值、狀態最小值。存儲在變量中，便于程序檢，具體實現如下：

2.3具體自檢方法

軟件按照模塊化進行設計，分為文本讀取ReadFile（）、指令參數狀態更新UpdateState（）、執行指令Execute（）、狀態檢測，其中狀態檢測分為回報檢測CheckFlyInsrtuct（）和參數檢測 CheckFlyState（）。每一個指令對應的都有相應的CheckFlyInsrtuct（）和CheckFlyState（）函數，對這些模塊進行具體說明，文本讀取模塊，讀取TXT文本存入變量中；指令參數狀態更新，將所有檢測指令對應的狀態數據從網絡參數中更新；回報檢測，檢測指令對應的飛機回報狀態；參數檢測，不同指令對應參數的判定其是否在TXT文本范圍內。具體實現流程如圖2所示。

圖2　軟件流程圖

3　軟件調試中的問題與解決方法

1）自檢項目的分類

在地面站上安裝軟件后，軟件調試時，發現進行自動檢測時，有些飛行指令執行的正確性，除了配合指令標志和狀態，還需要飛前人員觀察飛機對應硬件設備的執行狀態，在傳統檢測中，操縱手也會因為操作指令而遺忘硬件設備的觀察，為了解決這些，將這些指令執行歸為一類，并在其檢測結果的后面，自動加上相應的硬件設備檢查提示，指令常規自檢成功后，操縱手手動點擊“提示項目完成”按鍵，自檢才算執行成功。

2）預檢軟件的加載方式

由于地面站安裝軟件較多，安裝了預先自檢軟件后，從視覺上增加屏幕顯示的負擔，操作上需要多點擊一個執行程序，因此可以在現有地面站軟件中，添加使能按鍵，調用預檢軟件的執行程序，這樣操作便捷。實現代碼如下：

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

4　結束語

飛前預檢軟件的設計提高了無人機系統地面站飛前檢查的自動化。針對飛行指令自動循環、配合飛機硬件狀態進行判定。軟件采用VC++2012開發，該軟件也可以制作成動態鏈接庫，嵌入監控軟件中，也可以在監控軟件中啟動，或者直接安裝在地面站計算機中，應用方式靈活。通過某民用煤碳探測型無人機的飛行使用，該軟件功能簡化了操縱手飛行前檢測程序，同時全面的流程化的自動檢測方式可以保證檢測的全面性，未檢測通過的環節采取提示保存，減輕操縱手的負擔，使其有更多的時間準備飛行中的相關策略。

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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：201603283

國家自然科學基金資助項目（61074155）

冷月香（1986—），女，湖北襄陽人，碩士，工程師。研究方向：無人機飛行監控系統和導航監控系統。