旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)

楊 輝 王曉永 孫粉妮 劉成茂

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旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)

楊 輝 王曉永 孫粉妮 劉成茂

西安航空電子科技有限公司，陜西 西安 710075

基于旋翼機(jī)飛行訓(xùn)練與執(zhí)行任務(wù)的需求，采用了空中與地面互聯(lián)網(wǎng)+北斗雙鏈路的通信方式，將該系統(tǒng)應(yīng)用于某型旋翼機(jī)上，使地面監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)載航電系統(tǒng)有效結(jié)合起來。實(shí)現(xiàn)了地面指揮中心對(duì)旋翼機(jī)飛行狀態(tài)的監(jiān)控與指揮。

監(jiān)控；互聯(lián)網(wǎng)+；電子地圖引擎

引言

基于互聯(lián)網(wǎng)+的旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)是一種將現(xiàn)代無線通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的保障特種旋翼機(jī)飛行訓(xùn)練和任務(wù)執(zhí)行的服務(wù)系統(tǒng)。它將飛行中飛機(jī)的各種關(guān)鍵信息經(jīng)機(jī)載航電設(shè)備編碼后通過4G DTU模塊轉(zhuǎn)發(fā)至互聯(lián)網(wǎng)，地面服務(wù)器接收信息后，以立體化形式顯示給用戶，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，監(jiān)控中心還可以向旋翼機(jī)發(fā)送短消息與飛行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的遠(yuǎn)程調(diào)度與管理[1]。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

1 旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)由地面監(jiān)控中心、機(jī)載航電系統(tǒng)、4G DTU及天線、北斗數(shù)傳模塊、地面服務(wù)器組成。監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖1所示[2]。

1.2 系統(tǒng)工作原理

該地面監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對(duì)旋翼機(jī)飛行及機(jī)載設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過在旋翼機(jī)裝備綜合顯控設(shè)備以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，同時(shí)運(yùn)行監(jiān)控應(yīng)用程序和服務(wù)器端后臺(tái)數(shù)據(jù)管理程序。

設(shè)備上電后，數(shù)據(jù)傳輸模塊會(huì)自動(dòng)與服務(wù)器端連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊信號(hào)燈點(diǎn)亮，此時(shí)，綜合顯控設(shè)備通過RS232串口向數(shù)據(jù)傳輸模塊周期發(fā)送飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)過基站最終將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至INTERNET。

各個(gè)監(jiān)控終端通過訪問服務(wù)器的方式獲取飛機(jī)回傳數(shù)據(jù)，并在監(jiān)控軟件中更新飛機(jī)狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至北斗數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)傳給地面終端，旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架如圖2所示[3]。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心軟件基于以VS為開發(fā)環(huán)境，VC++為編程語言進(jìn)行開發(fā)。將自主研發(fā)的QNX電子地圖引擎移植到WINDOWS下，作為靜態(tài)庫文件供主程序調(diào)用，結(jié)合MFC控件操作實(shí)現(xiàn)電子地圖的基本功能。

監(jiān)控軟件運(yùn)行在客戶端監(jiān)控主機(jī)上，數(shù)據(jù)管理軟件運(yùn)行在服務(wù)器端。兩者通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。主界面為柵格地圖或航圖，用來顯示監(jiān)控飛機(jī)的位置以及飛行狀態(tài)參數(shù)，用戶可以瀏覽和操作地圖，實(shí)現(xiàn)縮放、移動(dòng)地圖、航線與航跡繪制功能。

圖2 旋翼機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)組成原理框圖

外部數(shù)據(jù)庫主要完成飛機(jī)數(shù)據(jù)信息管理與記錄功能。主要包括在線飛機(jī)飛行起始時(shí)間記錄、航跡點(diǎn)記錄、報(bào)警處理記錄、飛機(jī)管理、用戶管理等。這些信息都采用SQLITE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理。

1.4 硬件組成

地面終端硬件基本組成如下：便攜式筆記本或臺(tái)式機(jī)一臺(tái)，服務(wù)器一臺(tái)，數(shù)傳模塊（含4G流量卡），北斗數(shù)傳模塊一臺(tái)，固定IP一個(gè)[4]。

1.5 功能實(shí)現(xiàn)

1.5.1 柵格地圖引擎移植與功能實(shí)現(xiàn)

地圖引擎的實(shí)現(xiàn)是通過將QNX下開發(fā)的柵格地圖引擎移植到WINDOWS XP下VS開發(fā)環(huán)境的MFC框架下。地圖引擎主要完成柵格地圖的顯示，縮小、放大、移動(dòng)、位置拾取、航線添加與刪除、航跡繪制功能[5]。

地圖引擎數(shù)據(jù)庫采用通用標(biāo)準(zhǔn)格式MBTiles存儲(chǔ)谷歌瓦片數(shù)據(jù)，地圖定位坐標(biāo)采用墨卡托投影坐標(biāo)。接收到經(jīng)緯度數(shù)據(jù)后，地圖引擎經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，得出地圖瓦片行列號(hào)，再查詢數(shù)據(jù)庫得到對(duì)應(yīng)二進(jìn)制BLOB數(shù)據(jù)并解碼后，用OPENGL紋理貼圖方式完成柵格地圖與飛機(jī)圖標(biāo)的繪制[6]。

1.5.2 通信鏈路實(shí)現(xiàn)

通信鏈路主要采用互聯(lián)網(wǎng)+北斗雙鏈路工作方式，保證飛行訓(xùn)練與執(zhí)行任務(wù)的可靠性。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)正常情況下，機(jī)載航電設(shè)備以1Hz頻率將數(shù)據(jù)幀通過RS232串口發(fā)送至4G DTU，然后DTU將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)更新率為1Hz。當(dāng)飛機(jī)飛行至移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無信號(hào)或監(jiān)控中心接收數(shù)據(jù)延時(shí)超過20s時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換鏈路，采用北斗數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，此時(shí)，機(jī)載航電設(shè)備會(huì)通過串口將數(shù)據(jù)幀發(fā)送至機(jī)載北斗終端，由機(jī)載北斗終端將數(shù)據(jù)發(fā)送至地面北斗終端，再發(fā)送至監(jiān)控中心，發(fā)送周期為60s[7]。

圖3 地圖引擎工作整體流程

2 結(jié)論

該旋翼機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)利用綜合顯控器和數(shù)傳模塊作為旋翼機(jī)終端設(shè)備，地面監(jiān)控中心作為服務(wù)器端，二者通過雙備份鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。該系統(tǒng)可支持100架旋翼機(jī)同時(shí)在線飛行，并向其發(fā)送飛行任務(wù)或短消息指揮其飛行，支持保存、查詢、回放飛行記錄軌跡。該系統(tǒng)可以滿足旋翼機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，并將成本控制在合理的范圍內(nèi)[8]。

[1]任懷令，佟繼紅.基于四旋翼飛行器無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)[J].黑龍江科技信息，2014（7）：79.

[2]胡愛民，湯愛武，徐升.基于四旋翼無人機(jī)的人員體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].無線電工程，2014（11）：41-44.

[3]周健，洪良，李文超.小型單旋翼無人直升機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（5）：626-630.

[4]張斌.美國(guó)新型旋翼機(jī)設(shè)計(jì)方案分析[J].現(xiàn)代軍事，2014（7）：40-43.

[5]陳曉，王新民，黃譽(yù)，等.傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)飛控系統(tǒng)的變精度粗糙集-OMELM故障診斷方法[J].控制與決策，2015（3）：433-440.

[6]任懷令，佟繼紅.基于四旋翼飛行器無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)[J].黑龍江科技信息，2014（7）：79.

[7]胡愛民，湯愛武，徐升.基于四旋翼無人機(jī)的人員體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].無線電工程，2014（11）：41-44.

[8]周健，洪良，李文超.小型單旋翼無人直升機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，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