旋翼机地面监控系统

杨 辉 王晓永 孙粉妮 刘成茂



旋翼机地面监控系统

杨 辉 王晓永 孙粉妮 刘成茂

西安航空电子科技有限公司，陕西 西安 710075

基于旋翼机飞行训练与执行任务的需求，采用了空中与地面互联网+北斗双链路的通信方式，将该系统应用于某型旋翼机上，使地面监控系统与机载航电系统有效结合起来。实现了地面指挥中心对旋翼机飞行状态的监控与指挥。

监控；互联网+；电子地图引擎

引言

基于互联网+的旋翼机地面监控系统是一种将现代无线通信和计算机技术紧密结合的保障特种旋翼机飞行训练和任务执行的服务系统。它将飞行中飞机的各种关键信息经机载航电设备编码后通过4G DTU模块转发至互联网，地面服务器接收信息后，以立体化形式显示给用户，从而实现对飞机的实时监控。同时，监控中心还可以向旋翼机发送短消息与飞行任务，实现对飞机的远程调度与管理[1]。

图1 监控系统示意图

1 旋翼机地面监控系统的设计

1.1 系统组成

旋翼机地面监控系统由地面监控中心、机载航电系统、4G DTU及天线、北斗数传模块、地面服务器组成。监控系统示意图如图1所示[2]。

1.2 系统工作原理

该地面监控系统主要完成对旋翼机飞行及机载设备状态的实时监控。通过在旋翼机装备综合显控设备以及数据传输模块，同时运行监控应用程序和服务器端后台数据管理程序。

设备上电后，数据传输模块会自动与服务器端连接，数据传输模块信号灯点亮，此时，综合显控设备通过RS232串口向数据传输模块周期发送飞机状态参数，数据传输模块经过基站最终将数据转发至INTERNET。

各个监控终端通过访问服务器的方式获取飞机回传数据，并在监控软件中更新飞机状态，当网络信号较差时，系统会自动切换至北斗数传模块将数据传给地面终端，旋翼机地面监控系统设计总体框架如图2所示[3]。

1.3 软件设计

监控中心软件基于以VS为开发环境，VC++为编程语言进行开发。将自主研发的QNX电子地图引擎移植到WINDOWS下，作为静态库文件供主程序调用，结合MFC控件操作实现电子地图的基本功能。

监控软件运行在客户端监控主机上，数据管理软件运行在服务器端。两者通过以太网进行数据传输。主界面为栅格地图或航图，用来显示监控飞机的位置以及飞行状态参数，用户可以浏览和操作地图，实现缩放、移动地图、航线与航迹绘制功能。

图2 旋翼机地面监控系统组成原理框图

外部数据库主要完成飞机数据信息管理与记录功能。主要包括在线飞机飞行起始时间记录、航迹点记录、报警处理记录、飞机管理、用户管理等。这些信息都采用SQLITE数据库系统进行维护和管理。

1.4 硬件组成

地面终端硬件基本组成如下：便携式笔记本或台式机一台，服务器一台，数传模块（含4G流量卡），北斗数传模块一台，固定IP一个[4]。

1.5 功能实现

1.5.1 栅格地图引擎移植与功能实现

地图引擎的实现是通过将QNX下开发的栅格地图引擎移植到WINDOWS XP下VS开发环境的MFC框架下。地图引擎主要完成栅格地图的显示，缩小、放大、移动、位置拾取、航线添加与删除、航迹绘制功能[5]。

地图引擎数据库采用通用标准格式MBTiles存储谷歌瓦片数据，地图定位坐标采用墨卡托投影坐标。接收到经纬度数据后，地图引擎经过坐标转换后，得出地图瓦片行列号，再查询数据库得到对应二进制BLOB数据并解码后，用OPENGL纹理贴图方式完成栅格地图与飞机图标的绘制[6]。

1.5.2 通信链路实现

通信链路主要采用互联网+北斗双链路工作方式，保证飞行训练与执行任务的可靠性。在移动网络信号正常情况下，机载航电设备以1Hz频率将数据帧通过RS232串口发送至4G DTU，然后DTU将数据转发至监控中心。数据更新率为1Hz。当飞机飞行至移动网络无信号或监控中心接收数据延时超过20s时，系统会自动切换链路，采用北斗数传模块进行数据传送，此时，机载航电设备会通过串口将数据帧发送至机载北斗终端，由机载北斗终端将数据发送至地面北斗终端，再发送至监控中心，发送周期为60s[7]。

图3 地图引擎工作整体流程

2 结论

该旋翼机监控系统利用综合显控器和数传模块作为旋翼机终端设备，地面监控中心作为服务器端，二者通过双备份链路进行数据通信。该系统可支持100架旋翼机同时在线飞行，并向其发送飞行任务或短消息指挥其飞行，支持保存、查询、回放飞行记录轨迹。该系统可以满足旋翼机监控系统的要求，并将成本控制在合理的范围内[8]。

[1]任怀令，佟继红.基于四旋翼飞行器无线视频监控系统开发[J].黑龙江科技信息，2014（7）：79.

[2]胡爱民，汤爱武，徐升.基于四旋翼无人机的人员体征监测系统[J].无线电工程，2014（11）：41-44.

[3]周健，洪良，李文超.小型单旋翼无人直升机系统的设计与实现[J].西安工程大学学报，2014（5）：626-630.

[4]张斌.美国新型旋翼机设计方案分析[J].现代军事，2014（7）：40-43.

[5]陈晓，王新民，黄誉，等.倾转旋翼机飞控系统的变精度粗糙集-OMELM故障诊断方法[J].控制与决策，2015（3）：433-440.

[6]任怀令，佟继红.基于四旋翼飞行器无线视频监控系统开发[J].黑龙江科技信息，2014（7）：79.

[7]胡爱民，汤爱武，徐升.基于四旋翼无人机的人员体征监测系统[J].无线电工程，2014（11）：41-44.

[8]周健，洪良，李文超.小型单旋翼无人直升机系统的设计与实现[J].西安工程大学学报，2014（5）：626-630.

Rotorcraft Ground Monitoring System

Yang Hui Wang Xiaoyong Sun Fenni Liu Chengmao

Xi'an Aero Electronic Technology Co.,Ltd.，Sanxi Xi'an 710075

Based on the demand for rotorcraft flight training and perform tasks，using air and ground communications Internet + Compass dual-link，the system was applied to a certain type of rotorcraft，so that the ground monitoring system and on-board avionics systems effectively combine stand up.To achieve a ground command center for rotorcraft flight monitoring and command.

monitoring；internet +；electronic map engine

V249.32

A

1009-6434(2016)07-0010-02