一种小型无人直升机测控系统设计

胡天翔

摘 要：该文介绍了一种小型无人直升机测控系统组成和功能的实现过程，依据飞行原理和飞控数学模型设计了一种小型无人直升机测控系统，并将其应用在实际工作中，为后续无人直升机系统的研究工作提供了参考依据。

关键词：无人直升机 测控系统 系统设计

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0018-02

Abstract：In this paper a small unmanned helicopter control system composition and function of the realization process is introduced，according to the principles of flight and flight control mathematical model， design of a small unmanned helicopter control system and its application in the practical work，for subsequent unmanned helicopter system research provides a reference.

Key Words：Unmanned helicopter；Measurement and control system；System design

无人直升机是无人驾驶直升机的简称，是指由无线电地面遥控飞行或自主控制飞行的不载人的直升机。无人直升机具有垂直起降、空中悬停、全向飞行、低速机动等独特飞行能力，以及载荷挂载便捷，准备时间短等特点，具有非常广泛的应用前景。民用方面，可用于地理信息测绘、电力巡线规划、地质灾害应急，海事应用、空中摄影等；军用方面，可用于空中侦察、警戒、通信中断、战果评估、瞄准和封锁打击等。

无人直升机系统一般由直升机平台系统、测控系统、机载任务设备系统、地面测试保障系统等组成，如图1所示。其中测控系统负责对无人直升机及机载任务设备的测控，以实现对直升机和任务设备的控制。测控技术的发展使得无人直升机实现了超视距飞行控制、大容量数据传输，使无人直升机能够成功应用于军民各种用途上。

1 无人直升机系统测控功能

测控系统作为无人直升机系统的重要组成部分，可完成对无人直升机机及机载设备遥控、遥控数据的实时传输，其主要功能如下：

①能够实现对无人直升机飞行状态及机载设备遥控遥测数据的实时传输；

②能够实现对无人直升机任务设备信息的实时传输、显示、记录；

③能够实现对无人直升机跟踪、测角；

④能够实现对无人直升机飞行航线和遥控参数的综合处理、显示和记录；

⑤具有任务规划和链路监控能力。

2 某型无人直升机测控系统设计

2.1 测控系统组成

无人直升机测控系统由地面测控站和机载测控终端组成，如图2所示。地面测控站将各种指令传输至机载设备，实施遥控功能；机载设备将各种数据（遥测数据、任务设备信息、遥控指令回报信息以及定位数据等）传输至测控站进行处理、显示与记录，实施遥测功能。地面数据终端和机载数据终端组成遥控遥测链路，共同完成无人直升机和机载任务设备的测控与信息传输任务。地面测控站与无人直升机之间的数据链路包括两条，即一条C波段主链路，一条UHF波段备用链路。C波段主链路作为无人直升机测控与数据传输主通道，主要完成对飞行器的遥控、遥测、跟踪定位与任务载荷数据传输等功能。UHF波段备用链路作为备用通道，是主通道测控链路的热备份，完成对无人直升机的遥控、遥测功能。

2.2 地面站组成及功能

地面测控站由方舱车、任务规划系统、指挥测控系统、车载通讯系统组成。地面站能够规划飞行任务并装订任务参数，能够接收和显示直升机各系统工作状态、位置信息、船路、航迹、背景地图、视频等信息，记录数据并可回放。地面测控站主要功能包括：（1）根据使用任务要求，进行任务规划，制定无人直升机飞行计划；（2）对无人直升机系统进行任务数据装订；（3）传输地面站至无人机的上行指令信息；（4）接收并处理无人直升机系统回传的遥测数据和图像信息；（5）在电子地图背景上实时显示有关信息；（6）实现对无人机的跟踪定位；（7）实时记录遥控和遥测信息。

2.2.1 任务规划系统

任务规划系统是联系无人机系统和指挥测控系统的枢纽，由任务规划软件完成飞行任务的规划（航线、任务设备）、记录和评估，并生成航线、配置任务设备类型、无人直升机机号、目标位置等任务数据加载文件，并将任务数据加载到无人直升机控制系统。执行任务时，根据任务临时需求实时调整任务内容。

2.2.2 指挥控制系统

指挥控制系统由无人直升机控制飞行机柜、任务控制机柜、控制台和显示设备等组成。指挥控制系统是无人直升机系统的综合控制台，实时监控无人机系统的飞行伏态并将相关遥测及语音、视频信息存贮。指挥控制系统以测控计算机为核心，测控计算机完成遥控信息的采集和组帧，并接收遥测数据，辅助指挥显控计算机处理遥测显示无人机飞行航迹和飞行姿态等参数，图像监控显示器实时播放任务设备下传信息。测控计算机、辅助指挥显控计算机配置相应的应用软件完成相应侧控数据处理、飞行参数综合显示功能。

2.2.3 通讯系统

通讯系统将地面测控站接收到的无人机飞行数据、侦测任务设备回传数据、操纵控制数据通过综合业务传输设备发送给指挥大厅，并完成指挥大厅对地面测控站指令传输（控制信息和语音信息）。

综合业务传输设备始端和终端通过光纤传输，提供电话、网络、模拟、串行数据接口。

2.3 机载遥测遥控设备

机载遥测遥控设备主要由机载遥测发射天线、机载遥测终端、机载遥控终端、机载遥控接收天线及电源单元等组成，如图3所示。

机载遥控天线接收地面站遥控系统发出的遥控指令信号，送机载遥控终端进行下变频、解扩、解调、指令对比，完成对无人直升机飞控系统及机载遥测终端的数据发。机载遥测终端接收机载遥控终端发的遥控指令，同时接收无人直升机飞控系统的数字量遥测信号，进行遥测数据的采集、组帧、扩频卷积，并通过变频发射模块进行调制、功率放大后送机载遥测天线发给地面站遥测系统进行接收解调。完成无人直升机的飞行姿态、飞行高度、位置，以及发动机和机上设备的工作状态等监控。

3 结语

无人直升机测控系统是无人直升机系统重要组成部分之一，其技术的优越性、可靠性决定了无人直升机的飞行安全、任务设备的控制及任务成功率。该文从原理上设计了某型无人直升机测控系统，并成功应用于后续项目的建设。无人直升机测控系统功能的最终实现还需研发相应的测控设备、测控软件（包括飞行管控软件、链路管控软件、态势显示软件、任务管控软件等），以及人机界面的开发等，是一项复杂的工程。

参考文献

[1] 辛哲奎，方勇纯.无人机地面目标跟踪系统的建模与控制[J].高技术通讯， 2009，19（4）：398-403.

[2] 宋彦国，张呈林.小型无人直升机模糊飞行控制系统设计[J].南京航空航天大学学报， 2007，39（1）：103-106.

[3] 辛哲奎，方勇纯，张雪波.小型无人机地面目标跟踪系统机载云台自适应跟踪控制[J].控制理论与应用，2010，27（8）：1001-1006.

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