無人機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計 課件 第四課時 無人機的地面站和載荷

第四課時無人機的地面站和載荷BU

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AVIATION目錄/CONTENTS§2無人機地面站系統(tǒng)§3無人機的任務(wù)載荷§1無人機地面站§1無人機地面站無人機地面站別名：控制站、遙控站、任務(wù)規(guī)劃與控制站在規(guī)模較大的無人機系統(tǒng)中，不同功能的若干個控制站通過通信設(shè)備連接起來，構(gòu)成無人機地面站系統(tǒng)無人機地面站主要功能無人機地面站的主要功能：指揮控制與任務(wù)規(guī)劃無人機地面站系統(tǒng)的功能：指揮調(diào)度、任務(wù)規(guī)劃、操作控制、顯示記錄等§2無人機地面站系統(tǒng)無人機地面站系統(tǒng)主要功能指揮調(diào)度功能：上級指令接收、系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)、系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度任務(wù)規(guī)劃功能：飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務(wù)載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃操作控制功能：起降操縱、飛行控制操作、任務(wù)載荷操作、數(shù)據(jù)鏈控制無人機地面站系統(tǒng)主要功能④顯示記錄功能：飛行狀態(tài)參數(shù)顯示與記錄、航跡顯示與記錄、任務(wù)載荷信息顯示與記錄等無人機地面站系統(tǒng)硬件設(shè)備標(biāo)準的無人機地面站通常由數(shù)據(jù)鏈路控制、飛行控制、載荷控制、載荷數(shù)據(jù)處理等四類硬件設(shè)備機柜構(gòu)成無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊①指揮處理中心制定無人機飛行任務(wù)、完成無人機載荷數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用通過無人機控制站等間接地實現(xiàn)對無人機的控制和數(shù)據(jù)接收無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊②無人機控制站組成：飛行操縱、任務(wù)載荷控制、數(shù)據(jù)鏈路控制和通信指揮操縱控制無人機機載任務(wù)載荷等一個無人機控制站可以指揮控制一架或多架無人機一架無人機可以由一個或多個控制站完成指揮控制工作無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊③載荷控制站與無人機控制站功能類似，只能控制無人機的機載任務(wù)設(shè)備，不能進行無人機的飛行控制無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊④顯示系統(tǒng)飛行控制席位、任務(wù)設(shè)備控制席位、數(shù)據(jù)鏈管理席位都設(shè)有相應(yīng)分系統(tǒng)的顯示裝置飛行參數(shù)綜合顯示可根據(jù)飛行與任務(wù)需要，選擇需要的系統(tǒng)信息予以顯示，便于無人機駕駛員判讀無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示①飛行與導(dǎo)航信息：無人機駕駛員控制無人機執(zhí)行任務(wù)必需的信息顯示內(nèi)容：無人機飛行姿態(tài)角及角速度信息；無人機飛行位置、高度、速度信息；大氣數(shù)據(jù)信息；發(fā)動機狀態(tài)信息；伺服控制及舵面響應(yīng)信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示②數(shù)據(jù)鏈狀態(tài)信息包括數(shù)據(jù)鏈設(shè)備工作狀態(tài)及信道狀態(tài)等顯示內(nèi)容：鏈路工作狀態(tài)的主要工作參數(shù)；各種鏈路設(shè)備的工作參數(shù)；各種鏈路設(shè)備的工作狀態(tài)無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示③設(shè)備狀態(tài)信息：飛行過程中需要提供必要的系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)信息顯示內(nèi)容：機載航空電子狀態(tài)信息；機載任務(wù)設(shè)備狀態(tài)信息；地面設(shè)備狀態(tài)信息；機載供電信息；導(dǎo)航狀態(tài)信息；時鐘信息等無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊顯示系統(tǒng)——飛行參數(shù)綜合顯示④控制指令：無人機駕駛員判斷操縱指令發(fā)送有效性的重要信息明確表達和描述指令發(fā)送是否有效，可對指令通道簡單故障定位顯示內(nèi)容：指令代碼；發(fā)送狀態(tài)；接收狀態(tài)無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警告警信息——視覺告警：燈光告警、顏色告警和文字告警等聽覺告警：語音告警和音調(diào)告警等無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警告警級別：提示、注意、警告提示：需要提示操縱人員重視系統(tǒng)安全或工作狀態(tài)、性能狀態(tài)以及提醒操縱人員進行例行操縱的信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警注意：即將出現(xiàn)危險狀況，發(fā)展下去將危及飛行安全，或某系統(tǒng)、設(shè)備故障，將影響飛行任務(wù)完成或?qū)е孪到y(tǒng)、設(shè)備性能降低，需引起操縱人員注意，但無須立即采取措施的信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑤告警警告：表明已出現(xiàn)了危及飛行安全的狀況，需立即采取措施的信息，是告警的最高級別無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑥地圖航跡顯示為無人機駕駛員提供無人機位置等導(dǎo)航信息包括飛機的導(dǎo)航信息顯示、航跡繪制顯示以及地理信息的顯示無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑥地圖航跡顯示導(dǎo)航信息顯示：顯示無人機實時定位信息，機載定位傳感器設(shè)備狀態(tài)信息，無人機導(dǎo)航信息，導(dǎo)航控制器相關(guān)參數(shù)任務(wù)規(guī)劃信息航跡繪制顯示：應(yīng)能直觀形象、簡捷明快顯示無人機圖標(biāo)、背景地圖、規(guī)劃航線和飛行航跡線等信息無人機地面站系統(tǒng)控制站模塊⑥地圖航跡顯示地理信息顯示：地理信息可視化是地圖航跡顯示軟件功能的重要組成部分，應(yīng)包含多層信息內(nèi)容，根據(jù)需要選擇若干層面顯示§3無人機的任務(wù)載荷無人機的任務(wù)載荷指裝備到無人機上為完成任務(wù)的設(shè)備，包括執(zhí)行航拍、植保、測繪、物流所需無人機的任務(wù)載荷的快速發(fā)展極大地擴展了無人機的應(yīng)用領(lǐng)域無人機的任務(wù)載荷大多需要安裝在各種平臺上面以實現(xiàn)在水平和豎直方向進行轉(zhuǎn)動，以達到使任務(wù)載荷充分發(fā)揮其功能目的云臺：連接攝像機與攝像機支撐架，承載攝像機進行水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動的裝置無人機的任務(wù)載荷無人機上的各種任務(wù)載荷，如:光電/紅外傳感器、合成孔徑雷達、激光雷達、激光測距機和各種武器設(shè)備等都需要云臺云臺的功能：接收遙控指令、根據(jù)指令進行調(diào)整或保持一個特定角度、防爆、防水、耐高溫、抗風(fēng)無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷按任務(wù)設(shè)備用途分類：偵查搜索設(shè)備、測繪設(shè)備、軍用專用設(shè)備、民用專用設(shè)備等偵察搜索設(shè)備：光電平臺、SRA雷達、紅外傳感器等，測繪設(shè)備則是測繪雷達、航拍相機等無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷①可見光相機無人機遙感系統(tǒng)的傳感器類型有70%以上為光學(xué)數(shù)碼相機，是無人機傳感器的主要構(gòu)成國內(nèi)外無人機上使用的光學(xué)相機系統(tǒng)機身重量較輕，外形尺寸校，有效像素一般在8000萬像素以下無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷②傾斜攝影相機主要功能：三維實景模型重建廣泛應(yīng)用于數(shù)字（智慧）城市，電力巡檢、數(shù)字旅游、數(shù)字文物和數(shù)字地形圖測繪等方面無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷②傾斜攝影相機按照相機數(shù)量分類：五鏡頭傾斜相機、三鏡頭傾斜相機和兩鏡頭傾斜相機按照配置相機類型分類：中畫幅傾斜相機、全畫幅相機、APS畫幅傾斜相機和小畫幅傾斜相機無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀熱成像裝置，利用掃描鏡收集紅外輻射并投射到紅外探測器上形成紅外圖像信號，用其調(diào)制光源并記錄在感光膠片上，構(gòu)成紅外照相機這種紅外圖像信號調(diào)制視頻通道，經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送回地面接收站無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀屬于機載無源探測設(shè)備，最大的優(yōu)勢為探測物體自然的紅外輻射而不借助環(huán)境光的照射可以進行夜間監(jiān)視和偵察，自身隱蔽性好、不受一般目視偽裝的欺騙無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀——前視紅外設(shè)備與點源紅外探測器的區(qū)別：具有較高的空間分辨力，能分辨出景物的各個細節(jié)，反映出景物自身熱特征的圖像無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀——前視紅外設(shè)備探測景物自身紅外輻射無須環(huán)境光照射目前能在黑夜發(fā)揮作用，并且不會被目視偽裝和假目標(biāo)欺騙的無可替代的夜間無源成像探測器，被廣泛用于夜間圖像情報探測設(shè)備無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷③紅外行掃描儀——前視紅外設(shè)備技術(shù)復(fù)雜、造價高，目前還不是無人偵察機普遍裝備的實時成像探測沒備常作為核心與電視攝像機或激光測距器／照射器綜合成為多探測器轉(zhuǎn)塔，晝夜執(zhí)行多種任務(wù)無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷④合成孔徑雷達利用合成孔徑天線和先進的信號處理技術(shù)，分析運動飛行器的一系列雷達掃描的多普勒頻移，產(chǎn)生數(shù)百米寬的虛擬天線可以獲得遠高于傳統(tǒng)雷達的分辨力無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷④合成孔徑雷達在夜間和惡劣氣候時能有效工作，穿透云層、霧和戰(zhàn)場遮蔽，以高分辨力進行大范圍成像設(shè)備質(zhì)量和能量消耗非常大，限制在戰(zhàn)術(shù)無人機上目前只有大型無人機具備搭載合成孔徑雷達的能力無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷④合成孔徑雷達戰(zhàn)術(shù)用途：從雷達圖像中提取附加信息的將合成孔徑雷達數(shù)據(jù)與來自其他傳感器的數(shù)據(jù)進行組合無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷⑤激光雷達主動式的現(xiàn)代光學(xué)遙感技術(shù)，是傳統(tǒng)雷達技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物系統(tǒng)包括：激光測距儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS、動態(tài)DGPS接收機用于測定激光雷達信號發(fā)射點到地面目標(biāo)點間的距離無人機的任務(wù)載荷常用的任務(wù)載荷⑤激光雷達慣性導(dǎo)航系統(tǒng)：利用慣性測量單元IMU測定飛機的掃描裝置主光軸