无人机信息处理系统（精选12篇）
无人机信息处理系统 篇1
0 引言
无人机系统一般由7大部分组成,包括飞行器平台、导航飞控、发射回收、测控与信息传输、任务载荷、情报处理、综合保障等。
无人机测控与信息传输系统是无人机系统的重要组成部分,由数据链和地面控制站组成,用于完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位和视频信息传输,实现对无人机的远距离操纵和机载侦察信息的实时获取。其性能和规模在很大程度上决定了整个无人机系统的性能和规模。
随着无人机系统的发展,测控与信息传输系统具备以下使用特点:
① 一般情况下在飞行过程中,飞机自主飞行,对实时控制的要求降低;
② 在起飞降落过程中,容易出现飞行问题,要有可靠的控制手段,确保飞机的安全;
③ 图像侦察型,一般情况下多是单站单机应用;作战型(如电子对抗型),一般情况下工作在单站多机,飞机控制数量在6个以内;即使传输部分飞机的图像,也只用于状态观察;
④ 随机入网、大范围动态、不允许存在同步信号。
1 技术体制选择原则和资源使用
在测控与信息传输系统的技术体制选择原则中,首先要考虑的问题是面对众多的无人机系统,所有的无人机可以工作在一个网络体系或者是一种体制吗?回答是既不能也不是。主要原因如下:
① 频率和带宽资源限制做不到;
② 数据链网络应由不同种类的群网络组成——类群网络;
③ 短程以下的战术类无人机的数据链对网络化要求的程度低,例如对无中心网络的兼容性;
④ 战术类无人机的数据链可以分成3类工作体制:
微型:高度集成化、微型化;
极近程:通用性、低成本;
近/短程:通用性、网络化。
⑤ 战略类无人机的数据链需要统一的工作体制、网络化。
所以,针对不同种类的无人机系统,可以用不同的体制类型。在体制规划中,主要考虑影响测控与信息传输系统规模和复杂度的体制要素。飞机类型不同,细微的传输体制可以不同,但每一类系统主要体制要符合无人机使用特点。
任何一个测控与信息传输系统,其主要体制要素包括频段、测控与通信的复合方式、传输速率、信道编码、调制方式、抗干扰抗多径措施、中继方式和多址体制等。
无人机测控系统的资源主要包括频率、带宽等要素,需要考虑以下原则:
① 据无人机系统战术使用的特点,不同种类的无人机系统对信息量的需求不同,分别使用不同的频段;
② 展可用频带宽度,减小频道步进间隔,增加频道数量,为战场频率管理和调配创造条件;
③ 大型无人机的测控与信息传输系统用频尽量向高靠,以便获得较宽的可用带宽和相对较好的电磁环境。
2 测控与通信综合
2.1 测控与通信的区别
测控系统作用对象以设备为主,要求被传输的数据具备实时性、准确性和非完整性。比如对于飞机姿态的遥控和遥测,从人员操作的角度,只关心目前的数据,过去的数据不再关心。
通信系统作用对象以人为主,要求被传输的数据具备完整性、正确性和准实时性,对过程不太关心,关心的是结果的数据完整性。
无人机测控与信息传输系统中的数据链,不管是地空数据链还是卫星中继数据链,都是一类与无人机系统应用相关的特殊数据链,尽管都是传输链路,但在作为测控和通信不同的应用时,传输链路的设计是有区别的。比如对于无线链路的传输控制协议,由于测控要求的实时性,一般情况下要求是流控制协议;而通信要求的完整性,无线链路的传输控制协议需要包传输协议。
2.2 载波分立和统一体制选择
在多年的技术发展过程中,遥控遥测和信息传输的体制,经历了分立载波到统一载波的发展。
由于无人机的使用经历了单系统应用到大量群应用,分立载波占据较多的率资源。另外,单独遥控遥测功能的分立载波主要考虑的是链路窄带传输的可靠性,以更好地保证飞机安全,随着无人机自动控制能力的提升,飞机的控制安全主要取决于自动控制能力,并不取决于窄带遥控遥测系统的链路可靠性,因此还应该坚持统一载波模式。
2.3 复合链路协议
综合考虑遥控遥测和任务载荷数据传输的特点,无人机测控与信息传输系统中的数据链的无线传输协议应该是一个兼容2种协议的复合链路协议,一种是有利于过程控制的的流传输协议,一种是有利于结果完整性的数据包传输协议。
3 工作模式
测控与信息传输系统的工作模式是指影响系统规模和复杂度的综合模式,包括系统的带宽、控制飞机的数量和中继方式等。这种工作模式的需求决定了系统规模的大小和复杂程度、工作体制的选择,各类测控与信息传输系统的工作模式可以综合为以下6种类型,如表1所示。
4 无人机系统的抗干扰、抗多径措施
抗干扰、抗多径的设计不是单方面的因素,要进行综合考虑,根据系统应用的信道特点,每种通道分别可以采取的抗干扰、抗多径措施综合如表2所示。
5 多址方式
测控与信息传输系统可能有以下4种网络形态:同一区域多系统兼容、一站多机、一机多站和无中心自由网,这4种网络形态需要运用不同的多址体制。
5.1 同一区域多系统兼容体制
由于无人机系统的应用特点,不同的系统属于不同的作战部门、应用地域随机多变,不存在时间统一系统的可能,时分多址体制不适用。
由于远近效应模型的不可估计性,也不能采取码分多址体制。
同一区域多系统兼容体制只能采取频分多址体制。另外,附带的码分多址可以提高系统的软性能。
5.2 一站多机体制
一站多机是1套地面系统同时控制多架无人机,通过对无人机应用特点的分析可知,无论上行遥控还是下行图像遥测,都不能选择设备复杂、占用频率资源的频分多址体制。
一站多址体制与系统类型密切相关,各种通道可能的一站多址体制综合如表3所示。
5.3 一机多站体制
随着大型无人机或有人机任务载荷的多样化和综合化,一个飞机平台可以同时完成多种功能,这就需要一架飞机向不同的多个地面站分发不同的信息,既一机多站系统。
一般情况下,对飞机和任务载荷的控制由一个地面系统完成,当不同的地面系统需要单独控制任务载荷时,上行控制可以采取分时多址体制。
下行信息的传输一般是一个综合宽带传输,对不同的地面站,下行可以采取时分多址体制。
5.4 无中心自由网
无中心自由网络是未来发展的一种网络形式,当多个飞机平台与地面系统一起构成一个统一的网络,互相之间存在信息交换时,就形成一种无中心自由网。
6 结束语
测控与信息传输是无人机系统中的重要组成部分,其频率资源的利用、工作模式、抗干扰、抗多径措施和多址方式等都是系统中比较复杂和重要的问题。因此对这些问题的深入研究和探讨,对无人机测控和信息传输系统的设计有重要意义。
参考文献
[1]孙继银.战术数据链技术与系统[M].北京:国防工业出版社,2007.
[2]郭梯云.数据传输[M].北京:人民邮电出版社,1998.
无人机信息处理系统 篇2
本文主要介绍以色列、美国、俄罗斯、西欧诸国的无人机机载光电系统及其新技术的`应用,如高精度稳瞄技术、美国的第四代电光相机、先进的前视红外系统及多光谱信息的压缩与传输技术.本文对我国无人机光电系统的设计有一定的参考价值.
作 者：成刚 杨随虎 CHENG Gang YANG Sui-hu 作者单位：成刚,CHENG Gang(西安应用光学研究所,陕西,西安,710065)
杨随虎,YANG Sui-hu(西安邮电学院,通信工程系,陕西,西安,710064)
浅议无人机影像地理信息强化措施 篇3
关键词：无人机；影像；地理信息；强化；措施
随着无人机技术的快速发展，无人机测量应用的领域较为广泛，比如我们所熟知的有资源勘测、军事侦察、航空摄影测量等。无人机远程监测使用范围较广。在灾害发生发展过程中，无人机救援日益受到人们的重视，原因在于无人机比有人机更为安全，成本更低，且飞行高度低，更容易获取高分辨率的影像和视频，从而为灾害救援提供更加有效快捷的支持。无人机通过视屏影像抓拍监测地面物体，方便地面操纵人员对数据信息进行分析，对无人机发出操控命令。无人机摄像头本身存在一定的抓拍缺陷，地面操作人员对地貌信息又不清楚，所以监控区域较小，效果并不理想，无法合理判断视屏监控中的地貌和实际地貌之间存在多大差距。在无人机监控过程中，视屏监拍的图像属性和图片比例对地面操控人员来说都非常重要。那么有必要提高无人机影像对地理信息的熟悉度，提升无人机远程监控的能力。
一、无人机技术的特点
1.机动快速的响应能力
低空飞行，空域申请便利，降低了对天气条件的要求。飞行系统升空准备时间短、操作简单、运输便利。车载系统可迅速到达监测区附近设站，可进行云下飞行。
2.高分辨率图像和高精度定位数据获取能力
系统可获取超高分辨率数字影像和定位数据，并可针对特殊监测目标搭载全色波段、单波段、多波段等传感器，并可进行多角度摄影。系统具备数据快速处理、应用分析以及与其他数据源的快速融合处理功能。
3.多种任务设备的应用拓展能力
系统为多种小型遥感传感器提供了良好的搭载平台，如探地雷达、热成像仪、气象传感器、合成孔径雷达等，易于拓展监测功能，以满足多种快速监测所需。
4.低廉的运营成本，便利的系统维护
系统的置建费用较低，运营成本、维护成本和操作手的成本远远低于载人机系统。
二、无人机测量中的地理信息强化措施
1.为无人机安装电子地图，增加地理信息视频流过频率
要想监测大范围的面积，无人机内部就必须具备强大的数字化地图。数字化地图是无人机远程监测的道路指挥系统，就如同汽车上的导航仪一样。借助于数字化地图，无人机才清楚自己所处的位置，实时掌控该地段所有的地貌，采取何种航行速度、航行高度、及航行方向，才能够实现最优航行。不同的地貌特征需要采取不同的航行姿态，这样才能最大限度的保障无人机最佳的物理性能，无人机才不会出现不听命令的横冲直撞，或者操纵后台无法对无人机实施控制，导致无人机移除控制范围。无人机要想实现远程监控，另一个重要的方法就是增大单位时间视频对地理信息的过滤频率。如果无人机视屏上流动的地理信息过慢，对后台人员的操控无人机就会出现反应迟钝，保持较长的时间间隔，无法回避潜在的障碍或者是气象等风险。视频过快过滤地理信息，无人机的监控才更灵敏，能够及时掌控航行下的地貌，优化监控手段，做出适当的远程监控行为。无人机要安装先进的电子地图，提升无人机远程监控的能力。随着信息技术的不断更新，越来越多的数字化先进地图被应用在了无人机上，這对提升无人机远程监控能力无疑是强大的硬件保障。过硬的电子地图能够保证无人机远程监控的及时性和数据的准确性，有利于远程操控人员获得及时的监控信息。
2.采用恰当方式收集地理信息，为无人机提供强大的地理信息数据硬件
飞行机械对地理信息的采集空间性很大，是广泛的采集过程，科技含量较高，不足之处就是不能合理定位较小的地理目标，采集手段不够灵活，缺少人力采集所具有的能动性和灵活性。我们可以发现这两种地理信息采集方式各有千秋，能够相互弥补各自的不足。在地理信息的采集工作上，应合理选择适当的地理信息采集模式，根据采集工作的需要，针对较大的地理目标，采用飞行机械方式对地理信息进行采集；地理信息采集中面对较小的目标，必要的时候可以专业人员进行采集。只有这两种方式相互结合，才能保障地理信息数据的准确性和完整性，实现无人机地理信息数据的科学性。
三、结语
无人机遥感技术指的是综合利用无人驾驶飞行器、GPS定位、遥感传感器、通讯等先进技术，从而实现空间遥感信息的专用化、智能化获得，并完成遥感数据处理与建模分析的一项应用技术。无人机想要实现对地理信息影像的远程监控，自身硬件素质就必须过硬。无人机必须借助强大的电子地图，增加视屏监拍过程的视频流过频率，才能实现对地理信息的有效的远程监控。根据实际需要，需要采取合适的地理信息采集手段充分考虑飞行机械采集和人力采集的优势，采取地理信息采集的最优策略，完成地理信息采集工作，有助于无人机电子地图硬件的不断完善，实现无人机的远程监控，使地面操控人员获得及时准确的地理信息数据。
参考文献：
[1]姜城，孙敏，董娜，任翔.面向远程监控的无人机视频地理信息增强方法[J].测绘通报，2014（11）：28-32.
[2]姬渊，秦志远等.小型无人机遥感平台在摄影测量中的应用研究[J].测绘技术装备.2008，10 （4） ：46-48.
[3]刘庆元，杨文杰，文继超等.基于PDA的无人机监控系统的研究[J].测绘工程，2011，20（6）：1-4.
[4]徐鹏.水利水电工程测量技术发展综述[J].科技资讯，2012（18）：60-60.
[5]王明虎.论水利水电工程测量技术发展[J].城市建设理论研究（电子版），2013（28）.
无人机信息处理系统 篇4
无人机是无人驾驶飞机的简称, 是通过无线遥控设备和自备程序控制的飞行器, 与载人飞机相比, 具有体积小、造价低、操作简单等特点, 常被应用在军事作战领域。除了在军事方面的应用, 无人机还被应用在民用领域, 比如救灾、运输等。前瞻产业研究院公布的数据显示, 全球每年在无人机的研发和采购上花费的资金将达到50 亿~60 亿美元, 并以平均每年10%的速度增长, 市场前景广阔。
2 现代信息化技术的影响作用
城市应急指挥信息系统是指在正常状态下对全市公共安全进行实时监控, 收集各方面的实时信息, 发生突发公共安全事件时能及时作出反应, 搜集、整理现有信息资料和动态反馈安全信息资料, 组织人力、物力实施救援或采取相应措施化解城市危机的现代化信息技术指挥系统。要想有效发挥城市应急指挥信息系统的功能, 关键在于提升信息反馈、指挥决策、实施救援的及时性和实时性, 任何环节存在问题都会影响救援的质量和效率。
3 无人机的应用
将无人机应用到城市应急指挥信息系统后, 可实现城市应急一体化信息平台, 从而实现在技术上可行、在经济上实用、在操作上简单和在进度上可控的目标;可将整座城市的公共设施保障部门与救援机构有机融合到一起, 实现信息资源共享, 共同构建应急响应系统。公共设施保障部门包括各大基层管理部门, 比如公安部门、工信部门、交通部门、航空部门等, 每个部门有着不同的分工。在具体救援中, 公安部门应疏散危险区的民众, 维持城市秩序;工信部门应提供日常收集的城市信息资料和维持通信正常;交通部门应为救灾人员提供城市测绘信息和疏导交通;航空部门应提供救灾工具、无人机的专业操作人员、低空测绘实时图像等。此外, 救援机构应及时与各个部门保持联系, 将自身所需要的物资快速、准确地告知公共设施保障部门, 从而加快信息反馈的速度。总而言之, 救援机构需要公共设施保障部门的协助才能更好地完成救援工作。
3.1 获取城市日常公共安全实时信息
日常公共安全与人民群众的生活密切相关, 对其信息的实时获取有利于解决已有的问题和潜在问题, 从而为人们的生活保驾护航。将无人机应用到城市应急指挥信息系统中, 有利于收集第一手公共安全信息, 比如城市交通流量监控信息。当线路交通出现高峰拥堵时, 可为UV10 无人机 (中兵光电科技有限公司开发的无人机产品) 设置固定线路往复巡航, 从而获取线路交通流量的实时影像资料, 并传回指挥中心, 这有利于流量调度和应急预案的实施。无人机可应用于城市的气象探测、环境监视、测绘等领域。通过无人机摄影测量技术能获取高分辨率的数字影像, 精确度可达到1/1 000 m。此外, 无人机低空摄影测量技术的精确度可达到0.1~0.5 m, 且具有成本较低、拍摄周期较短、效率较高的特点。
3.2 获取突发事件指定区域的图像信息
无人机的特点决定了其适合突发事件的图像信息采集工作, 帮助应急中心的工作人员在短时间内了解情况。以广西2011年发生的泥石流事故为例, 在该事故的救援过程中使用的是北京测科空间信息技术有限公司开发的CK-GY04 型无人机低空航测系统, 其精度可达1/2 000 m, 能在指定区域内迅速获取影像资料。在此次救援中, 无人机按照设定好的飞行路线飞至指定区域进行了1 h 30 min的飞行监测任务, 顺利完成了9 000 km2灾区影像航摄任务, 共拍摄照片748 张。如果采取人工或其他遥感术, 则无法完成这样的拍摄任务。
3.3 完善城市应急指挥信息系统
将无人机应用于城市管理应急指挥信息系统后, 可拍摄到以往的影像死角, 使整个城市处于监控之中。通过应急信息整合, 可统一原本散落在各个机构的信息资源, 从而使公共信息实现最大共享化, 组成完整的城市应急指挥信息系统。完整的城市应急指挥信息系统的组成部分包括: (1) 现代化的领导集体; (2) 现代化的技术手段; (3) 快速的反应能力和应急能力; (4) 完善的公共基础设施; (5) 突发事件的救援机构; (6) 团结一致的民众基础, 透明化、公开化的公共信息; (7) 完善的法律法规。
要想实现信息资源的有效整合, 需要做好以下7 方面的工作: (1) 完善相关的应急救援法律法规, 确保救援工作合理化、正规化; (2) 组织当地领导集体观摩现代化的城市信息模型, 前往初具规模的城市实地考察, 并定期由专业技术人员汇报最新的科技成果, 从而增强城市管理集体的现代化意识; (3) 采用无人机、测绘仪、传感器、物联网等现代化技术加快城市应急指挥系统的建设速度; (4) 各公共设施保障部门应紧密联系, 促进信息的融合和完善; (5) 无论面对的是日常事件, 还是大型突发事件, 均应成立相关的处理部门, 从而较快地组成应急救援机构实施救援; (6) 日常救援工作需要当地居民的协助, 管理部门在日常工作中应多听取居民的意见, 树立良好的管理形象, 实现公共信息的公开化、透明化; (7) 为了保证救援工作在短时间内完成, 应提高救援的有效性, 保证救援队伍在第一时间作出反应。
4 结束语
将城市应急指挥信息系统落实到实处, 可大大提升城市抵御外来侵害的能力。在帮助人们解决日常生活问题的同时, 相关单位还需做好城市保护防御工作, 消除城市安全隐患, 提升城市应对突发事件的能力。在城市应急指挥信息系统中应用无人机, 可实现信息的第一时间获取、资料的第一时间反馈和对策的第一时间实施。
参考文献
[1]储庄.无人机在城市应急指挥信息系统的应用[J].测绘技术装备, 2012, 14 (01) .
无人机任务规划系统研究及发展 篇5
无人机任务规划系统研究及发展
无人机任务规划系统是指根据所要完成的任务、无人机的数量及任务载荷的不同,对各架无人机进行任务分配并通过航路规划技术制定飞行路线.首先介绍了无人机任务规划系统的基本功能及组成结构.然后,详细分析了任务规划系统的`建模技术及其优化算法的研究现状.最后指出了讨论了无人机任务规划存在的问题,并阐述了无人机任务规划系统的发展趋势.
作 者：胡中华 赵敏 Hu Zhonghua Zhao Min 作者单位：南京航空航天大学自动化学院,江苏,南京,210016刊 名：航天电子对抗英文刊名：AEROSPACE ELECTRONIC WARFARE年，卷(期)：25(4)分类号：V279关键词：无人机 任务规划 航路规划 优化算法
无人机信息处理系统 篇6
【摘要】本文针对无人机平台下试飞测试技术遇到的新问题，提出一种无人机机载测试系统状态管理方案。论文介绍了该方案的组成结构和工作原理，对每一部分的功能进行了详细的设计。
【关键词】无人机；试飞测试系统；状态管理
1.前言
近年来无人机的发展突飞猛进，打造适合无人机的试飞的测试系统已成当务之急。在有人机试飞测试技术方面，我国已经有了丰富的经验，形成了完整的测试技术体系；而在无人机试飞测试技术方面，还处于起步阶段。为应对这种特殊环境，无人机平台的测试系统需要作一些改进。本文在以往无人机机载测试系统的基础上扩展一项系统状态管理功能，以应对飞行时无人机测试系统的健康状态控制。
2.无人机试飞测试系统发展概况
以往的无人机机载试飞测试系统框图如图2.1。该系统主要由定位采集子系统，机载专用、通用采集子系统，机载记录子系统和调节器传感器子系统组成。机载定位采集子系统用来给系统统一授时并采集记录定位数据，通用、专用采集子系统主要用来采集各类传感器、总线信号，机载记录子系统记录测试系统采集到的所有数据。此套系统与有人机的机载测试系统并无区别，但是针对无人机无人驾驶、长行时等特点，为应对某些紧急情况和长时间记录时测试系统的实时调整，对整个测试系统进行状态监测管理显得尤为重要。接下来本文将提出一种无人机机载测试系统状态管理方案。
3.无人机机载测试系统状态管理系统方案
此系统主要用于无人机飞行中对机载测试系统状态进行监测和管理，方便系统的应急处置和灵活管理。该系统通过对测试系统各个部分工作状态的监测，遥测下传至地面人员决策后再通过上行链路控制测试系统各部分的工作。系统原理框图如图3.1所示。
无人机机载测试系统不能像有人机一样可以依靠飞行员在飞行中对测试系统加以控制，在长行时飞行时由于视频等高速率信号会快速占用记录器空间，通过本方案不仅可以监测测试系统工作状态以应对紧急情况，还可以根据需求灵活改变系统的状态，开启或关闭部分设备以合理控制记录器空间，更加有效完成测试任务。
3.1机载测试系统状态监测单元
测试系统监测单元主要用来实时监测测试系统各部分的工作状态，及时发现错误和故障，进行故障分析后形成状态消息发送到下一个模块处理，并且正常监测和故障时的信息日志都会自动保存。测试系统状态监测模块是本单元最重要的部分，它通过对测试系统的状态查询或实时信息交互来获取状态信息。故障分析与报警模块主要是对监测模块送来的信息进行分析整理，故障时产生报警信息。日志生成与存储模块主要实时记录测试系统的状态信息，着重保存故障信息。状态信息产生单元处理接收到的状态信息形成消息包。测试系统状态监测模块需要获取的内容和方式如下详述：PCM流状态：a.PCM流输出状态，同步状态。通过检测PCM流帧同步字判断PCM输出流是否正常。b.关键参数越限报警。检测单元实时从PCM中获取一主帧，按照预先设定的规则对特定科目所关心的参数进行越限检测，若发现关心的参数越限，记录此参数位置和数值送至下一单元处理。记录系统状态。本单元通过向机载记录器发送命令与信息交互，获取丰富的记录状态信息，进行相应处理后送至故障分析与报警模块。本模块获取信息并处理后得到状态信息包括：a.记录状态；b.记录文件数；c.记录文件名索引；d.记录器磁盘使用百分比；e.磁盘满报警信息。调节器等设备状态。获取调节器的工作状态、定位采集器定位状态和记录状态等。
3.2机载测试系统状态控制单元
如图3.3所示为测试系统状态控制单元。本单元主要作用是接受来自地面指挥人员的指令数据，对测试系统状态进行控制。测试系统控制指令解析模块用来解析地面发送的控制指令，以便控制测试系统的工作。测试系统控制台模块主要进行测试系统设备电源控制和记录器记录开关控制，控制具体内容包括：a.控制测试系统总电源，控制各部分设备电源；b.控制记录器记录硬件开关。
3.3指令/状态消息的收/发单元
本单元的主要起一个状态消息和指令消息格式的转换功能，并提供本状态管理系统与机上遥控数据链或测试加装专用遥控系统的接口。
状态消息的发送单元主要是将测试系统状态监测单元发送来的状态信息字作为数据载荷打包成与机上遥控数据链或测试加装专用遥控系统兼容的数据格式。指令消息的接收单元用来将地面人员的遥控指令信息解包后发送给机载测试系统控制单元，以控制测试系统各个部分的工作状态。
4.总结
无人机信息处理系统 篇7
信息时代的特征之一是各种各样的信息化产品充斥于我们的工作和生活中,影响人们的工作生活质量。发挥不同功能的管理信息系统得到广泛的应用,对于提高企业效率起着重要的作用。网络技术的发展,网上银行,购物网站等B/S结构的信息系统成为发展趋势[1]。这种状况导致很多没有接受过专门培训的人也要面对Web管理信息系统。在网络环境下,面对功能相似的各种信息系统,用户可以自由选择其偏好的产品。影响用户偏好的一个重要因素是系统是否“以用户为中心”设计,使用户愉快高效的与系统交互完成任务。
20世纪80年代提出“以用户为中心”的设计理念,颠覆了工业化时代“以机器为中心”的设计理念,并迅速得到软件产品设计领域的认同。认为产品设计应当从用户需求和目标出发,符合用户的生理和心理需要,使产品成为辅助用户愉快高效完成任务的工具,而不是让用户成为产品的“奴隶”。[2]在“以用户中心”理念发展过程中,人类工效学、认知心理学、动机心理学、社会学等学科先后填充进来。以用户为中心的设计理念实际就是讲求以人为本,作为唯一一门将以人为本作为核心价值理念的工程学科—工业工程却未被系统的引入软件产品设计中去。在信息化时代,软件产品,特别是信息系统的已经成为提高工作效率和质量的必备工具。工作研究作为工业工程主要组成部分,致力于使人们舒适、高效、低耗费地完成工作。因此,将工作研究引入信息系统设计领域,符合以“用户为中心”的设计理念,使人们可以更高效的完成任务。
1 信息系统“流设计”理念
Mihaly Cscikszetmihalyi在其著作《流:最佳体验的心理学》中提出流的概念:人们全身心地关注于某活动时,他们不会意识到外界的干扰。在这种状态下,人们非常高效地完成工作,并得到极大的满足感。美国著名计算机专家、VB之父Alan Cooper将流概念引入计算机领域,指出如果程序不断地打断用户的流状态,那么对于用户来说,回到原来生产率状态非常困难[3]。从中可以推断出“流设计”理念遵从“以用户为中心”的设计思想。界面存在得价值在于加强和促进用户的生产率。只有界面每时每刻服务于用户,在恰当的时候和恰当的地方向用户提供恰当的响应,用户才能愉悦高效的完成任务,信息系统才能受到用户偏爱,为开发商带来利润。然而,现代的信息系统设计往往违背这样的理念,过多的“视觉噪音”干扰用户的注意力,突如其来的系统提示中断用户的工作,菜单和工具设计布置不合理,人机交互过程违背用户心智模型。有的设计者将人与系统的交互作为用户的审美体验、更有甚者将系统作为展现自己编程才能的试验田,使系统设计偏离“以用户为中心”的设计理念,系统越来越笨拙,把用户拒之为门外,用户无法借助系统完成自己的目标。同时也掐断企业的盈利之路。
从信息系统的“流设计”理念,想到丰田生产方式中的“一个流”概念。指零件在投入和产出的过程中,工序之间的在制品数量为零。零件处于不停顿、不堆积、按顺序、按节拍一件一件同步生产的状态。借助于这样的生产模式,丰田公司的利润稳居世界汽车行业第一。“一个流”的生产模式的基础正是工业工程,丰田创始人大野耐一曾指出,丰田生产方式就是美国的工业工程在日本的应用。作为工业工程的核心内容,工作研究是基础中的基础。
将工作研究引入信息系统人机交互设计中,实现人机交互的流模式,达到信息系统“丰田生产方式“的效果,使用户可以无障碍、顺畅、高效、愉悦地与信息系统交互,高质量高效率地完成任务。
2 工作研究与信息系统人机交互设计
2.1 工作研究
工作研究是IE理论体系中最重要得基础技术。其重要意义是在很少投资或不投资的情况下都可以使系统的未来超越现实得状态,提高生产率。[4]工作研究善于利用图的语言和工具解决问题,包括工作程序图、流程程序图、流程图和线图、人机程序图、操作人员程序图等。
工作研究有两个基本工具:5W1H和ECRS。5W1H包括:Who,why,What,Where,When,How。ECRS包括取消(Eliminate),合并(Combine),重排(Rearrange)和简化(Simplify)。
2.2 工作研究在信息系统人机交互设计应用
Jesse James Garrett从用户体验的要素出发,信息系统设计的5个层次[5],如图1所示:
信息系统五层次设计的优劣直接影响人机交互质量和效率,系统在满足用户需求的条件下做到精简,降低用户劳动强度,无疑会赢得用户得偏爱。飞行员兼诗人Antoine de Sain Exupery曾说过:“完美不是没有任何东西可加,而是没有东西可减。”[6]这也正使工作研究思想的体现,将工作研究的思想和工具应用到信息系统设计中,可以使系统在满足用户需求的条件下,尽可能精简人机交互过程和元素,达到人机交互的“流状态”。
(1)信息系统设计的战略层需要分析用户需求和系统目标。用户需求即用户要从这个系统得到什么?系统目标即企业要从这个系统得到什么?在系统设计前期,利用工作研究的5W1H分析用户需求,可以使企业对用户有更深入的了解,构建人物角色,从而使系统更能满足用户需求,进而实现企业目标。具体实施步骤为:
Who:谁是系统的目标用户。只有认清目标用户,系统设计才能有的放矢。
Why:用户为什么要使用系统。人们的行为是动机驱动的,了解人们的动机,使系统迎合动机,才能赢得用户的青睐。
What:用户希望从系统得到什么。
Where:用户使用的背景是什么。系统使用背景可能在公共场所、办公场所或是家中。环境不同用户对系统使用的要求不同,比如公共场所要求系统的保密性和安全性要高,办公场所要求系统有较高的效率,家中环境要求系统有较高的友好性和易用性。
When:用户什么时候使用系统。有些信息系统是在突发事件下使用的,这就要求系统能为用户清楚传达故障,并辅助用户做出快速正确的决策。
How:用户习惯的操作方式是什么。人们总是带着知识和经验去使用系统,只有了解用户的习惯,才能迎合用户的习惯,使系统更好用。而不是设计师滥用隐喻,弄得用户晕头转向。
以上信息构成了用户的心智模型,设计师在了解用户心智模型的基础上,设计系统的实现模型并与其一致。
(2)范围层解释系统应该提供给用户什么样的内容和功能。技术在发展,用户需求也在不断的变化,信息系统在不断地更新升级。然而程序设计人员在进行系统升级时,用到地往往是加法思维,即向系统不断注入新的功能,造成系统越来越复杂,用户使用更加困难,适得其反。适当应用减法思维,使系统在迎合用户新需求的同时去掉用户不需要的功能。工作研究中的ECRS成为程序设计人员有用的工具。经过对用户的调查分析,取消用户不用或者已经过时的功能;合并可以合二为一的功能;重排功能和控件顺序,使之更加适合用户操作习惯;对于不能取消或合并的功能,尽量简化,使用户可以更容易地操作使用。
(3)结构层包括交互设计和信息架构。交互设计关注与描述“可能的用户行为”,同时定义“系统如何配合与响应”这些用户行为。
用户与系统交互过程中,系统往往会给用户反馈过多的确认信息或警告信息,这些信息不仅会分散用户注意力,甚至会导致一些初级用户手足无措。用户需要中断工作,进行思考以对系统做出反应。这类似于生产过程中工作操作极其的“检查”,因此可以通过程序分析图分析不合理或不必要的“检查”操作,使用户可以更加顺畅地操作系统。
对于图形界面系统,用户与系统交互是由一系列的鼠标和键盘行为构成的,进行数据输入,有些系统设计需要用户频繁在鼠标和键盘行为间切换。由于单纯的鼠标和键盘行为的动作等级都是手指动作,耗时为1MOD(约为0.129S),鼠标和键盘行为地切换动作等级是手腕动作,耗时为2MOD,在鼠标与键盘摆放不合理时,甚至为小臂动作,耗时为3MOD。而且频繁地切换鼠标与键盘行为,无形中也分散用户的注意力,使用户不能全心关注于工作。通过操作人员程序图分析用户行为,精简或重排用户行为,使用户可以更加轻松地操作系统。
(4)框架层包括界面设计、导航设计和信息设计。界面设计主要确定按钮、输入框和其他界面控件得位置;导航设计主要为用户提供清晰的方向感;信息设计主要为用户提供清晰有效的信息。
用户的阅读习惯为先上后下,先左后右,在界面设计中控件的摆放要符合用户的阅读习惯。根据Fitts定律,用户操作流线的距离越短,目标控件面积越大,能节省用户的时间。利用流程图和线图,并结合界面的面积,可以设计符合用户习惯的清晰的界面。例如,形如图2的界面,在以上三层分析和流程图和线图分析后,可以改进成如图3的界面。
(5)表现层包括视觉设计,主要为用户呈现一致、清晰、美观的界面。比如颜色的设计,在吸引用户注意的同时,要保证不同界面的一致性。同时不要滥用颜色,造成不必要的“视觉噪音”。文字设计要在清楚传达系统信息的基础上尽量简洁,用户不会逐字的阅读,随意地堆砌文字反而会造成用户的烦躁。
3 结论
信息系统成为人们提高工作效率,降低工作压力的重要工具,因此设计符合用户需求的信息系统对于改善人们生活质量,推动社会生产力发展起着重要的作用。人机交互的“流状态”是人机交互效率的重要保证。已在生产领域发挥已有作用的工作研究,可以应用到信息系统的设计中,保证人机交互的“流状态”。工业工程师在企业中被称为“企业大夫”,掌握工业工程知识的信息系统设计人员也应成为“软件大夫”。将工作研究的思想和工具引入信息系统设计领域具有理论和实践的双重意义。
摘要：基于“以用户为中心”的设计理念,提出信息系统的“流设计”理念。从用户体验要素出发,将信息系统设计分为五层,分别为战略层、范围层、结构层、框架层和表现层。将工作研究中的思想和工具,包括5W1H,ECRS和程序分析、操作分析、动作分析等应用于信息系统设计逐层,实现人机交互的“流状态”。
关键词：人机交互,工作研究,信息系统
参考文献
[1]第20次中国互联网络发展状况统计报告.中国互联网络信息中心.2007.
[2]Ben Shneiderman,张国印等译.用户界面设计——有效的人机交互策略[M].北京:电子工业出版社,2006.
[3]Alan Cooper,Robert Reimann,詹剑锋等译.软件观念革命——交互设计精髓[M].北京:电子工业出版社,2005.
[4]王东华.工业工程基础教程[M].北京:中国科学文化出版社,2000.
[5]Jesse James Garrett,范晓燕译.用户体验的要素_以用户为中心的Web设计[M].北京:机械工业出版社,2007.
无人机信息处理系统 篇8
在工程信息化建设和管理中,我们需要及时掌握工程所在处的地理信息、工程内部设备位置、工程中摄像头监控等信息。如果采用C/S技术,则需要客户机上安装客户端应用程序才能够完成各种功能,这给我们带来很大的不便。B/S结构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。B/S架构的软件只需要管理服务器就行了,所有的客户端只需安装浏览器,根本不需要做任何的维护。只要有一台能够上网的电脑或者能连接到网络的PDA设备甚至手机就能使用,客户端零维护。系统的扩展非常容易,只要能上网,再由系统管理员分配一个用户名和密码,就可以使用了。
Web GIS技术是基于Web的地理信息系统,在实现实时监控和实时道路信息方面有着良好的用户体验和可视化效果。用过Goolgle地图的人就会发现Web GIS的便捷性和有效性。使用B/S策略开发基于Web的GIS系统,使管理者和决策者随时随地掌握工程现场的各种道路信息、设备信息、监控信息等,方便其及时做出决策。
2 系统功能设计
Web GIS的开发技术很多,我们用Map Info公司开发的基于Map Xtreme技术来设计Web GIS软件以完成所需的功能。Map Xretme平台提供了一个高度可视化的、直观的组件,便于将地图功能集成到任何Web应用中,可以和.NET平台完美结合,可以支持在一个集中管理的服务器上运行地图应用,降低了硬件和管理成本,同时极大地提高了应用性能、可靠性和安全性。
1)地图发布
将矢量地图通过Map Xtreme技术转化成GIF或者其他栅格图像,使用户可以通过www浏览器访问地图。Map Xtreme支持java,可以完成多平台的地图缩放、平移操作。由于传递到客户端(浏览器端)的只是一幅经过高度压缩的栅格图像,而真正的矢量图像仍保留在服务器端,减少了网络传输负担,并且降低了原始数据被盗用的可能。
2)信息可视化
通过地图表达声音、图像、文字等信息,直观而且信息量丰富。
3)Map Xtreme的地图化功能
(1)专题图:利用晕渲、等级符号、独立值、点密度、饼图、直方图进行区域值的显示;
(2)对象处理:合并、缓冲、相交、删除对象(点、线、面)、返回结果数据;
(3)对象编辑:生成、修改、删除;
(4)绘制图层:允许开发人员绘制定制的地图对象,如尺标、天线传送方向箭头;
(5)查找:通过州名、ZIP码、城市名、街道名或客户名进行查找;
(6)广泛的数据源:使用通用的数据界面,包括ODBC、DAO、Clip Board和OLE Data界面访问数据。
通过Map Xtreme,用户可以在Web上发布基于电子地图的应用系统。所有的最终用户只需要安装浏览器即可访问服务器端的数据,用户可以很方便的对地图进行放大、缩小、漫游、查询、统计等操作。此外,Map Xtreme还提供了许多强大的地图化功能,满足用户的不同层次的需要,包括:专题图、缓冲区分析、对象(地图)编辑、绘制图层、查找、直接读取Lotus Notes、图层控制、空间选择、访问各种数据源等。
3 系统实现
单纯的服务器策略和客户端策略都有明显的局限性。当服务器策略涉及频繁的数据传输时,它们的效率受到网络宽带和网络负荷的严重影响。而在客户端策略中,当处理请求和处理能力不一致时,受计算能力的影响,某些任务可能运行缓慢,甚至根本无法完成。服务器端策略和客户端策略的有效组合则可以为问题的解决提供一个很好的方案。当涉及大量的数据操作和复杂分析任务时,可以让计算能力很强的服务器来处理。当涉及用户交互较多的任务时,可以用客户机进行处理。在这种情况下,服务器和客户机可以共享它们的性能和数据处理能力,从而合理的分配数据处理程序,使系统的整体性能最优。
1)地图制作
将图片光栅化后作为地图的底图。栅格图像转化为矢量图,将栅格图像进行配准,确定地图上各点的经纬度。然后根据图像配准布局地图,在栅格背景图的基础上通过Map Info的画图工具做出各个图层,如道路,水路,植被等。
2)事件图层的管理控制
将事件信息写入地图的表中,在主程序中通过编写代码实现事件信息的查询、触发等。
3)优化Web GIS运行速度的方法
(1)对每个图层设置Zoom范围;
(2)启用COM+的Session池;
(3)启用Cache;
(4)用文件方式存储地图数据,将地图.tab文件存储在.mws工作空间当中。
4 关键技术
1)地图加载及放大、缩小、拖动等功能的实现
用Map Info.Web.UI.Web Controls,把地图控件拉入Web窗体后,点击右键打开控件的属性窗口,从这里加载.mws文件。用MapInfo.Web Controls,把地图控件拉入Web窗体后,Map Xtreme会自动在Web.config文件中写入加载.mws文件的配置语句:
将.mws文件以及相关的.tab、.dat等Map Info地图文件都放在当前开发的站点目录下,手动修改value值,把欲加载的工作空间路径及文件名写进去,再把放大、缩小、移动等工具控件拉入Web窗体,编译生成.dll文件,一个最简单的网络地理信息系统就可以运行了。
Map Xtreme 2008中,要为所使用的工具添加其它交互用法,首先要编写状态管理程序。状态管理程序继承State Manager类,这个类属于Map Info.Web Controls命名空间。在Map Xtreme 2008中,各种功能的实现都是通过开发自定义组件来实现的,组件开发流程如图2所示。
状态管理程序(App State Manager)代码实现如下:
2)基于Map Xtreme的鹰眼技术
鹰眼是除了主视图外的一个小视图窗口,用来显示全图,并用1个矩形表示大图的地图边界。点击鹰眼窗口时,地图自动定位到相应位置,当地图视图(包括缩放比例和中心)发生变化时,鹰眼上的导航矩形框相应变化,以指示用户当前所处的位置。
鹰眼的实现思路:在同一页面表单上放置2个Map Control控件,分别为地图主窗口(main Map Control)和鹰眼窗口(overview MapControl),地图主窗口用于显示实际的地图,鹰眼窗口则需要将地图按合适的比例尺显示,然后在鹰眼窗口上创建1个图层,在该图层上添加1个矩形对象Feature Geometry,该矩形的大小随着主图边界而变化。由于两个窗口的大小不同,需要经过1次比例转换,因此首先定义1个set View()方法,该方法用于实现地图数据自适应任意大小地图窗口。当地图主窗口中的图形被缩放或者平移之后,在鹰眼窗口已有图层中加入1个临时层,在临时层上动态生成1个蓝色矩形,显示地图主窗口中显示的图形在整体地图中所处的位置。
系统中鹰眼功能的具体实现步骤如下:
(1)判断用户是否对主地图窗口进行了缩放或平移操作,若没有变换则鹰眼窗口内容不变,若有变换则获取主地图窗口显示的地图范围。然后创建1个矩形对象并设置其颜色和宽度属性,创建窗口样式并设置样式属性;
(2)判断鹰眼窗口的图层中是否已经存在临时图层,若存在则先清空临时图层中的所有对象;若不存在则创建1个临时图层并将临时图层加入到鹰眼窗口图层中;
(3)将矩形对象插入临时图层。到此系统即完成了鹰眼窗口的地图视图变换。
(4)通过让Overview(概览图)和主地图使用相同的地图,我们可以将服务器上的计算负载降低到最低限度;仅在内存中保存一个地图可以降低应用程序的内存占用率,只有在地图发生更改时才需要渲染两次,一次用于渲染主地图,一次用于渲染概览图。
3)鼠标中键缩放功能的实现
Map Xtreme 2008中,在Windows应用程序中自带鼠标中键缩放的功能,而在Web应用程序中却没有,如果能够实现会显得更加人性化。根据Map Xtreme平台的组件开发技术原理,编写代码如下:
(1)在页面的之前添加如下Java Script代码:
4)地图视频监视事件的实现
将设备信息写入到地图文件中,自定义信息查询组件,当鼠标单击信息工具时获取图元的各种信息并显示。信息查询组件的开发技术原理与鼠标中键缩放功能的组件开发技术原理大体一致,这里不再赘述。
5 总结
本文介绍了利用Map Xtreme技术和.NET平台开发信息化Web GIS系统的流程,实现了地图鹰眼、鼠标中键缩放、实时监控、设备信息监控等功能,详细阐述了实现过程中的关键技术,所开发的系统为管理和决策者提供了实时信息,方便其快速准确地做出决策。
参考文献
[1]王桥,张宏,李旭文,等.水资源地理信息系统[M].北京:科学出版社,2004.
[2]孟令奎,史文中,张鹏林,等.网络地理信息系统原理与技术[M].北京:科学出版社,2005.
[3]张建新,赵黎民.基于3S技术的县级土地利用数据库建设[J].国土资源科技管理,2008,25(4):67-70.
[4]StephenWalther.ASP.NET 2.0揭秘[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[5]Karli.C#入门经典[M].3版.北京:清华大学出版社,2006.
[6]哈特.ASP.NET 2.0经典教程[M].北京:人民邮电出版社,2007.
无人机信息处理系统 篇9
1 无人直升机总体系统架构
无人直升机控制系统主要有两部分构成, 分别是机载系统及地面站系统, 其中机载系统主要由三部分构成, 分别是飞行控制计算机、传感系统及GPS接受模块, 地面站系统主要有两部分构成, 分别是遥控设备及便携式PC机。无人直升机总体系统架构如图1所示。
无人直升机在实际运行中, 能够自行对于航线进行控制, 为了能够降低无人直升机在实际运行中出现自动控制失灵的问题, 无人直升机采取两种控制模式, 分别是自动控制模式与手动控制模式。其中手动控制模式, 主要是通过专业人员对于无人直升机的运行进行控制, 利用遥控设备, 为无人直升机的运行发布指令, 无人直升机根据将所收集到的数据传输到地面站上;无人直升机在自动控制模式状态下, 地面站只需要将无人直升机的飞行参数制定完毕即可, 无线网络能够将有关飞行参数传输到无人直升机内的机载系统内, 无人直升机就能够根据飞行参数进行飞行, 在飞行过程中还能够将有关数据传输到地面站内, 地面站就可以根据无人直升机实际飞行情况对于飞行参数进行修改。
2 地面站系统的设计与实现
地面站的整个运行全部是通过基站上面的便携式计算机所完成的, 程序所使用的开发语言为c++, 能够对于系统进行模块化的设计, 保证系统整体结合的科学合理, 为后期的维护升级工作提供一定便捷。与此同时, c++语言属于交交叉平台语言, 能够在不同平台上面应用, 这样地面站就能够转移到系统便携式计算机系统平台上。
无人直升机地面站信息管理系统软件所使用的是图形界面, 用户在实际操作过程中更加便捷。系统能够通过有关消息及事件进行驱动, 实现人机交互, 这样才有关程序设计及操作上面都能够更加便捷。
2.1 数据通信模块
数据通信模块是无人直升机机载系统与地面站进行数据传输的媒介, 数据在收发的时候主要采取的是UDP协议, 进而保证模块在实际运行过程中拥有良好的实时性, 但是UDP协议在实际应用中无法保证信息在传输过程中不出现丢失情况, 所以每次信息在传输的时候, 都需要在开始及末尾进行检验。地面站机载系统主要是对于无人直升机飞行速度及航向等等数据信息进行接收, 与此同时对于无人直升机的飞行进行控制。
2.2 远程控制模块
远程控制模块主要承担者对于无人直升机自主飞行控制, 通过将自动飞行参数进行传输, 将有关的数据信息发送到无人直升机机载系统内, 数据信息在实际发送之前, 需要对其开始及结尾进行验证, 进而保证数据信息的完整性, 无人直升机机载系统只有在进行相对应的应答之后, 无人直升机在能够进入到自主飞行模式中, 进行自主飞行。
2.3 数据库模块
数据库模块在地面站控信息管理系统软件内具有重要承担。地面站信息管理系统软件所使用的编写语言是c++, 正是由于该编写语言拥有良好的兼容性, 能够地面站信息管理系统软件能够实现多线程技术, 数据储存中, 采取的是单线程的方式, 这样不仅仅能够提高地面站信息管理系统软件运行质量及效率, 同时还能够保证无人直升机所传输的信息能够被地面站完整接受, 并且完整的储存下来。数据库模块所选择的数据库为sqlite数据库, 该种数据库能够将地理信息与测控信息进行分离储存, 在对于数据管理过程中也就能够进行离线数据回访, 为科研人员的研究工作提供便捷。
2.4 虚拟仪表模块
虚拟仪表模块主要就是将无人直升机在飞行过程中所产生的数据都进行仪表化, 应用仪表主要目的就是能够简化数据, 提高人机交互水平, 进而操作人员能够更好的根据无人直升机所反馈出现的飞行数据, 对于无人直升机飞行进行控制。无人直升机要是出现机械故障或者是机载系统出现问题之后, 仪表具有报警功能, 能够将无人直升机的实际情况及时传递非操作人员, 操作人员能够根据无人直升机的情况, 操作针对性的应急措施。
2.5 航路规划模块
航路规划模块主要作用就是保证无人直升机在实际飞行过程中, 能够按照已经规划的航路进行飞行, 保证无人直升机所采集到的信息与操作人员的实际需求相吻合。航路规划模块需要与虚拟仪表模块相连接, 进而掌握到无人直升机在实际飞行过程中的忽视, 完成飞行任务。
3 结论
无人机信息处理系统 篇10
1 无人机技术领域的总体专利分析
本文的专利宏观定量分析数据来源于知识产权出版社专利信息服务平台的中国专利数据库, 该数据库收录了1985年至今所有向中国专利局提出申请的专利文摘。采用关键词和分类号对无人机相关的技术领域进行专利检索。值得一提的是, 基于专利法的规定, 专利申请和专利公开之间有一定的时间延迟, 因此2014年和2015年的部分专利申请仍处于未被公开的状态, 所以本文中提到的关于2014年和2015年的专利申请量是小于实际申请量的。
1.1 无人机技术领域专利申请情况的总体分析
经检索, 无人机技术领域涉及的专利申请总计3 764件, 其中发明专利申请2 050件, 实用新型专利申请1 527件, 外观设计专利申请187件。发明专利申请占整体专利申请数量的54.46%。发明专利授权427件, 授权比例为20.83%。有效发明专利329件, 维持比例为77.05%。
图1给出了无人机领域专利申请量总体变化趋势。由图1可知, 无人机技术领域的专利申请在2002年左右开始起步。直至2009年, 该领域的专利申请量才出现大幅度上升, 2014年已经达到1 358件的申请量, 2015年的大部分专利申请仍处于未公开状态。
1.2 无人机技术领域专利申请的聚类分析
对检索得到的无人机技术领域涉及的专利申请进行文本聚类分析, 其结果如表1所示, 可以看出, 对于无人机起落架、螺旋桨的技术改进是首要的申请热点, 由于无人机最主要的应用是摄像, 其使用的传感器、摄像头也是一个重要的申请热点。
1.3 无人机技术领域专利IPC技术构成分布
国际专利分类号 (IPC) 是世界通用专利分类系统, 可以用于分析专利结果的主体分布[4]。无人机技术领域专利按照分类号 (IPC) 进行统计, 结果图2所示, 无人机技术领域的IPC技术构成主要集中在G05D和B64这一分类下。图2具体给出了无人机技术领域排名前十位的IPC构成说明。
可以看到, G05D1/10 (陆地、水上、空中或太空中的运载工具的三维的位置或航道的同时控制) 的申请量最高, 达到了268件, 显示无人机空中飞行的控制仍然是业界主要解决的技术问题。B64D47/08 (用于与飞机配合的照相机的布置) 和B64C27/08 (有两个或多个旋翼的旋翼机) 两组的专利量位列二三位, 分别达到了155和139件, 反映无人机空中拍摄是主要用途, 两翼或多翼的旋翼机是无人机产品主要采用的方式。
1.4 无人机技术领域发展阶段测量参数
技术发展阶段测量方法是通过计算技术生长率 (v) 、技术成熟系数 (α) 、技术衰老系数 (β) 和新技术特征系数 (N) , 根据v、α、β、N的值随时间变化情况测算某技术领域的技术发展阶段[5]。图3反应无人机领域的技术生长率维持在0.4左右较高的位置, 发展速度较快;从2010年开始, 无人机领域的技术成熟系数逐年缓慢下降, 这与无人机近年来逐步走向民用的趋势符合, 反应出无人机的基础技术已经开始普及;无人机领域的技术衰老系数始终维持在高位, 并没有出现大幅度下滑衰退的迹象;无人机的新技术特征系数呈现出与技术成熟系数相一致的下降趋势, 证明该行业的发展潜力被逐渐的挖掘出来, 从新技术逐步走向成熟技术。
1.5 无人机技术领域生命周期分析
以专利申请人数量为横轴, 专利数量为纵轴作图, 分析发展曲线随时序的变化, 可以反应专利技术在生命周期理论上所处的阶段[6]。图4给出了无人机领域的生命周期示意图, 与生命周期理论图 (图5) 比较, 可以推测出无人机领域仍然处于技术的发展期。
2 无人机技术领域的主要专利申请人分析
为了更好的体现无人机技术领域中申请人的竞争力, 本文选择在技术水平以及创新水平更高的发明专利申请上进行申请人的分析。
2.1 基于Bradford定律 (布拉德福定律) 的核心申请人专利分析
Bradford定律指出, 如果在单位时间量内将科技期刊按其刊载的某类型专业论文数量多寡, 在形态上以递减顺列排序, 那么便会分离出一个单位的核心区与相继的几个非核心区域区域, 若每区域刊载的论文量相等, 此时核心期刊和相继区域期刊数量约成1∶n∶n2的关系。布拉德福定律提出的这一描述文献分散规律的经验定律, 对于专利文献同样具有指导意义[7]。此处, 设n=2, 将无人机技术领域的专利文献分为三个区域, 第一区域的专利文献共312篇, 包括了北京航空航天大学、南京航空航天大学、国家电网公司共计3个申请人。经文本聚类分析发现, 这些申请人的首要申请热点集中在输电线路、地面站等技术上 (见表2) , 该热点与该领域总体的申请有所不同, 但这些申请人也在无人机的螺旋桨、发动机领域进行了大量的研发投入。另外, 排名前三位的申请人有两位是高校, 证明无人机的商业应用仍然没有得到大规模普及。
2.2 无人机技术领域主要申请人综合比较分析
表3给出了无人机技术领域前十位申请人的综合情况, 可以看出, 在无人机技术领域前十位专利申请人中居首位的是北京航空航天大学, 其专利活跃年期长, 在无人机领域的研发投入已经超过了10年。南京航空航天大学相对活跃年期也达到了9年, 证明高校是我国无人机领域的主要技术开拓者。
总的来说, 无人机领域前4位申请人的专利申请数量仅占总发明专利申请量的17.98%, 可见该领域的发明专利申请集中度相对较高, 尤其是北京航空航天大学的专利申请量占到了接近10%, 进而反应出该行业还未出现参与者众多的情况, 是该行业还未发展成熟。
3 总结
随着近年来的发展, 无人机已经逐渐走向民用市场, 虽然经历了接近10年的专利快速增长, 但无人机仍处于告诉发展的阶段, 由于民用无人机的特殊需求, 无人机轻量化是一个重要的发展方向。从专利申请的角度来看, 目前的专利申请大量涉及到利用无人机完成摄影测绘, 除了完成特定的任务外, 利用无人机实现的娱乐功能也是无人机产业的一共重要应用反向。由于2014年和2015年的发明专利尚未完全公开, 推测无人机技术领域的专利申请数量和申请者数量将会进一步增加, 直至无人机技术进入成熟期。
参考文献
[1]杨晖.先进无人机飞行控制技术研究[J].飞行力学, 2002 (20) :04-05.
[2]李田囡, 王小锋, 张健全.某无人机主起落架舱门联动机构设计[J].机电工程技术, 2011 (5) :111-114.
[3]黄健, 黄李, 曲鹏.无人机涡喷发动机起动加速试验研究[J].机电工程, 2014 (5) :662-665.
[4]方曙.专利情报分析方法及应用研究[J].图书情报知识, 2007 (7) :64-69.
[5]杨小红.专利情报分析方法的探讨[J].甘肃科技, 2012 (5) :84-86.
[6]王科.混合动力汽车产业中国专利申请状况分析[J].中国发明与专利, 2013 (4) :25-29.
中国无人系统的最新发展 篇11
为了更深入地了解中国无人系统的研究、发展、服役和使用状况，兰德（RAND）公司进行了一项探索性的研究，以为今后探讨中国无人系统的发展奠定基础，而这里所说的无人系统包括UAV（无人机）、UUV（水下无人潜航器）和USV（无人水面艇）。这项探索性的研究主要聚焦在包括UAV、UUV、USV在内的中国海洋无人系统的发展，原因有以下几点：
1）这些无人系统与东海（ECS）和南海（SCS）的海洋争端密切相关：
2）可以藉此了解中国如何看待无人系统：
3）有助分析中国在UUV、USV、海上UAV方面的发展趋势，以及中国科研人员正在攻关的关键技术：
4）有助于分析中国将在未来的东海和南海的海洋争端中如何运用无人系统：
5）了解哪些领域是未来研究和发展的方向。
前言
从20世纪90年代中期以来，中国全面启动了军事现代化进程，目的是使自身的武装力量能够应对和打赢高强度地区战争，同时为在海洋争端中推行强势外交、保护中国日益扩展的全球利益提供背书。北京近年来重点发展海军、空军、导弹、网络和太空战部队，目的是防止美国介入未来可能在中国台湾或东海、南海地区所发生的冲突。如果从更大的背景来看，无人系统作为一个新兴领域，北京近年来在这方面投入很大并取得了很多成果，例如层出不穷、种类多样的新型无人平台。其中，中国在UAV上取得的成绩最为显著，因为中国在这方面已经连续多年投入巨额资金，但是，中国同时也在加速发展UUV与USV。
中国努力发展无人系统的部分原因是看重其在海洋争端中的应用价值，但同时无人系统也能够在其他很多方面发挥作用，例如国内的抢险救灾。中国的一些政府部门还将无人系统用于诸如工业污染监控等方面，甚至有的公司已在尝试通过无人系统进行快递服务。此外，中国可能还希望通过出口无人系统而在国际武器市场上占有一席之地，并借此来加强自身与无人系统进口国的外交与安全联系。
无人系统的角色
中国的出版物认为无人系统可以被应用在很多领域，包括ISR（情报、监视与侦查）：海洋监控，特别是对东海和南海海域：边界监控：军事通信中继：电子战（EW）：布雷战与反布雷战：战斗与打击任务：人道主义救援与抢险救灾任务（HAlDR），例如收集震后灾区图像等。
中国国内有人撰文指出，ISR应用是无人系统最基础也最重要的功能。远程UAV/UUV能够在战时为PLAN（中国人民解放军海军）提供超地平线（OTH）目标指示。短程战术型UAV/UUV可以对中国台湾地区以及航行于东海/南海上的船只进行ISR。中空和高空（中空长航时与高空长航时）UAV能够进行大范围监视并提供早期预警。无人系统还可以被PLA（中国人民解放军）和中国海洋执法机构用来进行海洋监控。有中国出版物指出，中国其实已经在钓鱼岛争端中使用了UAV。执行国内抢险救灾任务是无人系统的另一项重要应用，例如在2008年的四川地震中就有报道称使用了上述系统，而无人系统未来还能够用来执行国际人道主义救援与抢险救灾任务。其他军事应用还包括通信中继、电子战等。
无人系统在未来所扮演的角色仍然存在不确定性。例如，中国的智囊团曾围绕无人系统在非战争致命行动中所起的作用展开过激烈辩论。这场辩论起因于2013年2月中国曾经考虑使用无人机击毙缅甸境内的一名毒贩，因为后者曾于2011年杀害了13名中国船员。但最终北京放弃了这一计划，主要是担心此举会招致国际纠纷。
中国UUV和USV的发展现状
中国近年来对UUV的兴趣愈发浓厚。实际上，早在几年前，中国就开始不断加大在海洋无人系统方面的投入，例如在相关的大学和科研院所建立了15个项目组来推进UUV和USV的研究，其中很大一部分资金来自PLA，关键技术的攻关据悉包括成像系统以及通信技术。
中国科研人员对于无人系统的研究既包括民用方面也包括军用方面。据一位哈尔滨工程大学的机器人技术专家表示，无人系统在民用方面的应用主要是环境保护和渔业管理，但与此相比，政府更关心其在军事方面所能发挥的作用。
与国外对UUV铺天盖地的报道类似，中国的科技期刊和网站等也报道了很多中国在UUV方面的最新发展情况，包括：具有双桨推进与侧推装置的“智水3”UUV. SPC-3仿生机器鱼UUV（北京航空航天大学研制）、“海燕”滑行式UUV（天津大学研制）、仿生扑翼式UUV（西北工业大学海事学院研制）、灵活双艉鳍式UUV（中国科技大学现代机械学院研制）、携带鱼雷的战斗型UUV（海军工程大学武器工程学院研制）。
中国的出版物以及工业网站显示，参与UUV研究的核心国防工业部门是中国船舶工业集团（CSIC）及其下属单位与协作单位，例如位于连云港的江苏自动化技术研究所、位于宜昌的710研究所、704研究所、天津大学、位于西安的西北工业大学、位于合肥的中国科技大学以及位于武汉的海军工程大学。
同时，还有一些重点实验室参与到了UUV的研发中来，包括水下信息处理与控制技术国家重点实验室、西北工业大学的海事学院、中国科学院机械学院的流体力学与海洋工程国家重点实验室、哈尔滨工程大学的水声技术国家重点实验室、教育部水下通信与海洋信息技术重点实验室、水声对抗技术国家重点实验室。与随处可见的UUV的报道不同，关于中国USV发展的情况鲜见披露。
中国UAV的发展现状
中国目前正在使用多种UAV，包括各种短程系统、ASN-209等战术型UAV、BZK-005（由北京航空航天大学研制的中空长航时侦察型UAV）等战略型UAV。PLA正在努力提升自身运用UAV的能力。按照美国国家航天与航空情报中心（NASIC）的说法，中国正在发展多种类型的UAV，其中包括具有低可探测性、能够执行侦察与打击任务的远程UAV。在过去几年中，大量不同类型的UAV和UCAV（无人战斗型飞行器）的照片出现在互联网上，反映出中国军队对于无人航空系统的重视程度不断提高。例如，在2013年下半年，一种长航时侦察型UAV就在网上被披露。按照美国国防部（DoD）的说法，仅仅在2014年，中国就披露了正在研制中的4种UAV，其中3种可携带武器。而在中国研制的众多UAV中，有几种是最令人关注的，包括类似美国“全球鹰”的“翔龙”无人机、类似美国“捕食者”和“死神”的“翼龙”无人机、采用飞翼构型的“利剑”隐身无人机。上述UAV反映出中国航空工业的进步，同时中国在UAV出口能力方面也不断增强，例如“翼龙”的成功出口。此外，美国国防部指出，中国不断发展和装备远程UAV将会增强其远程监视与打击能力。
nlc202309041749
PLAAF（中国人民解放军空军）的官员和一些中国分析家认为中国应大力发展先进UAV来执行多样化的任务，其中，有人指出当前PLAAF十分需要“无人、隐身、信息化”的打击平台。中国分析家撰写并发表了大量有关UAV的研究报告，同时中国很多国防工业部门都参与到了UAV的研发之中，包括：南京航空航天大学、南京模拟技术研究所/总参第60研究所、西北工业大学、西安ASN科技集团、北京维思韦尔航空电子技术有限公司、北京航空航天大学、中国航天科技集团、中国航天科工集团、中航工业集团（PLA无人机的研发和生产基地）、中国电子科技集团（CETC）。
来自国家层面的支持
在中国，无人系统的发展得到了国家的大力支持。在军用无人系统的规划方面，PLA总装备部和总参谋部负责制定总体规划。同时，其他政府部门在无人系统的研究方面也发挥着一定作用，因为该类系统在国防与国家安全方面能够发挥巨大作用，例如，很多无人系统相关技术的研究项目都被纳入到中国国家高技术研究发展计划，即"863计划”之中。2013年4月，中国科技部公布了2014年"863计划”海洋技术研究与发展项目清单，其中包括滑浪式自动化无人观测系统、远程无人船舶监控系统、船载远洋观测UAV系统、AUV（自主水下航行器）航行观测网络技术。
无人系统与海洋争端
中国的科研人员很清楚海洋无人系统将能够在中国与他国的海洋领土争端中发挥重要作用。一位哈尔滨工程大学的教授表示，中国与周边很多国家的领海接壤，在这种复杂的地缘形势下，无人船艇与有人船艇相比在很多时候都更加高效、更加方便、更加安全且成本更低。如果它们再搭载无人机的话，其综合能力还将翻倍。虽然很多分析都是关于中国无人系统在军事方面的应用情况，但其实无人系统在民用方面的应用也同样广泛。例如，中国在解决海洋领土争端中就使用了无人系统，特别是北京目前原则上依靠海事执法力量来维护自身的海洋权益时，这就不属于军事问题范畴。2012年8月，中国国家海洋局（SOA）宣布将在2015年底之前在沿海省份建立11个UAV站点来更好地监控相关海域，重点是非法捕捞与非法利用海洋活动。
钓鱼岛案例分析
2013年9月，中国派遣一架BZK-005型UAV飞到钓鱼岛上空，这促使日本战斗机紧急升空以应对。中国在海洋领土争端中使用UAV实际上提供了一个危机控制与UAV在海洋领土冲突中所扮演角色的研究案例。针对中国的行动，日本防卫大臣表示“日本将考虑击落任何入侵日本领空的无人机”，这立即提高了中日两国之前围绕钓鱼岛、以渔船和海岸警卫队进行的低强度对抗的等级。不久，日本首先批准了自卫队一项旨在“防止无人机入侵领空”的计划。对此，中国国防部发言人表示，击落中国无人机将被视为一种“战争行为”，同时警告日本，如果其一意孤行，中国将“坚决回击”。
这次事件给我们提供了一个很好的案例，即在高风险情况下如何在冲突区域使用UAV。日本迅速而强硬的表态受到了中国迅速甚至更加强硬的回击，即日本采取任何行动导致的中国UAV损失都将被视为战争行为并将因此付出代价。中国的言行有使危机进一步升级的趋势。但是，这又提出了一个新的问题，即如果把这次事件中的中国和日本分别换成美国和中国，将会如何7中国的政策制定者是否真的认为如果PLA对美国的无人设备采取了进攻行动，后者会将此视为战争行为并进行报复？这是否意味着随着中国拥有更强的ISR（情报、监视、侦察）能刀并采取越来越多的ISR行动其对美国类似侦察行动的态度将有所转变？
无人机在民用方面的应用
中国的很多民用部门也越来越喜欢通过无人系统来处理各种各样的问题。最典型的例子可能就是无人系统在中国国内救灾方面的应用。例如，2013年，中国就使用中国科学院遥感应用研究所制造的无人机对雅安芦山地震灾区进行了航拍。另一个使用无人机的部门是环保部，其利用无人机监控北京、山西、河北企业的排污情况。另外，据报道一项试验正在进行，即通过无人机喷洒化学物质来使污染物凝结。
由十认识到了无人系统在民用方面的重要作用，中国已经投资3.226亿美元在太原建立了一个民用无人机研发基地。同时，无人系统无疑也能为一些中国公司带来收益。例如，中国国内最大的快递公司——顺丰，正在尝试通过无人机进行包裹投递，而这项业务已经获得了政府许可。
2014年8月，一本中国商业杂志报道称，未来几年，随着更多中国公司的加入，UAV在商业方面的用途将大幅扩展。例如，大疆创新科技有限公司就能够生产用于摄影/摄像、监控、快递等各种用途的UAV。虽然政府和军方对于新型UAV技术的投资主要集中在基础研究领域，但在商业市场上经过验证的一些UAV技术
结论
无人系统由于具有更强的性能、更出色的高危作业能力以及更低的成本，因而受到了广泛关注，中国媒体对此也多有提及。实际上，美国在近年的军事行动中已经证明无人系统具有强大的能力，而PLA对此紧密追踪，同时中国分析家也认为无人系统在很多场合都具有无可替代的作用。更低的成本是中国努力发展无人系统的原因之一，这也就不难理解为何中国近年来在无人系统的发展方面投入了巨资。而美国则需要关注无人系统在PLA的现代化进程、无人系统在中国处理海洋争端中的角色、中国无人系统的扩散等方面的情况，以及由此可能产生的影响。
UAV所提供的更强的ISR（以更可靠的卫星网络进行通联）能力使中国能够在更远的距离对敌方目标进行定位，从而提升反舰弹道导弹及其他远程打击系统的精度。同时，UAV、UUV、USV在未来几年还能够显著增强PLA的作战能力，例如通过结合空基系统来进行远程目标定位或在某些区域（台湾/东海/南海）拥有更强大的ISR能力。此外，携带武器的无人系统还能够直接进行打击。用一位中国分析家的话说，UAV将成为未来战争的“矛尖”。但是，上述结论似乎忽略了一个事实，那就是大部分无人系统都严重依赖脆弱的空间通信系统，而后者在“复杂电磁环境下”很难有效发挥作用，这也是PLA在未来战争中所面临的一大问题。但另一方面，当中国的空基ISR及通信系统遭到破坏时，无人系统也能起到“补盲”作用。
nlc202309041749
无人系统未来可能在监控领土争端方面发挥越来越重要的作用，包括钓鱼岛争端以及北京与南海周边国家的岛屿争端。为此，相关国家很可能会在相关海域加强基础设施建设以在未来更好地运用UAV/UUV。有报道称，中国国家海洋局正在东海进行无人系统基础设施的建设，这无疑会使日本感到紧张。类似行动很可能也将在南海展开，那么再结合中国近期进行的石油勘探、扩岛等行动，该地区的紧张局势无疑将进一步加剧。
中国不断增加无人系统在相关领域的应用，很重要的一个原因就是可以降低成本。例如，来自“中国鹰”公司（主要服务国家海洋局）的一位UAV专家表示，与有人平台相比，使用UAV能够显著降低成本。但存在一种潜在的风险，即随着中国在有争议地区越来越频繁地使用无人系统，有可能出现UAV在钓鱼岛附近海域被击落的情况。当真的出现这种情况时，中国会采取何种反应目前尚不明确，因为很少有危机管控方面的信息被披露。
一个令美国不安的问题是由于中国的低价和缺乏出口管控，无人系统正在全球范围内快速扩散。实际上，中国正在成为全球很多国家采购无人系统时的首选，同时有报告指出中国将在下一个十年占有全球UAV市场一半的份额。据报道，中国已经将类似“捕食者”的CH-4（彩虹4）无人机推向国际市场，而中国UAV的低成本对很多国家都颇具吸引力。例如，中国不久前与沙特阿拉伯签署了一项协议，允许其在国内组装生产“翼龙”中空长航时（MALE）UAV，该机能够执行多种军事任务，例如精确打击、远程侦察等。
其他研究
当前，还有一些重要方面需要进一步深入研究：
中国的UUV与USV究竟发展到了什么程度？
哪些因素会影响中国进行危机管控？
支持无人系统发展的资金源头是什么？
总装备部、PLAN（中国人民解放军海军）、PLAAF（中国人民解放军空军）、PLASAF（中国人民解放军第二炮兵）分别在无人系统研发、生产、使用方面扮演着怎样的角色？
相关的科技委员会扮演着怎样的角色，发挥着怎样的作用？
（本文未提到的）其他大学与科研院所涉足了哪些无人系统及相关技术的研究？
哪些国家是中国无人系统出口的潜在对象？
当自身的ISR与通信系统遭到敌方反太空或电子攻击而瘫痪时，PLA打算如何运用无人系统来进行“补盲”？
中国打算如何通过无人系统来应对美国在中国专属经济区内进行的侦察活动？
美国与中国之间越来越相似的UAV设计理念与日渐重合的UAV使用区域，是否会让中方感到愈发受限？未来研究课题
除了这些现实问题以外，还有一些未来的研究课题：
如果未来中国的经济减速导致国防预算缩减，那么无人系统是否还将成为发展重点？
中国的各级机构在客观上是鼓励还是限制了无人系统的创新？
未来中国无人系统的倡导者将是企业家还是PLA的高层？
未来PLA中是否会出现一位像刘华清支持中国发展航母那样强力推动中国无人系统发展的人？
是否会出现因担心无人系统可能影响自身及部门利益而反对其发展的声音？
中国如何看待可能对国防有益的商业无人系统的研究？
中国未来会将重点放在无人系统的创新上还是放在仿制美国及其他国家的无人系统上？
中国未来如何应对无人系统的控制、通信和网络方面的挑战？
未来中国将如何制定有关无人系统的法规？
中国今后如何处理新技术与旧政策之间的矛盾？
某小型无人机测控系统的设计 篇12
关键词：无人机,遥控遥测,地面站,操纵器
1 引言
无线电遥控遥测系统是实施对无人机飞行管理的核心, 也是保证无人机安全飞行与回收的关键, 无线电遥控遥测分系统简称为测控分系统, 按功能可以分为无线电遥控子系统、无线电遥测子系统和地面站显示终端。无线电遥控子系统主要用于传输地面操纵人员的指令, 引导无人机按操纵人员的旨意飞行以及对安全区的坐标数据进行传输;无线电遥测子系统用于传送无人机的状态参数、位置坐标等信息给地面站;地面站显示终端对无人机的飞行参数、飞行姿态、航向和航迹进行显示, 并对程控航线和安全区域进行规化, 将规化好的坐标以无线电方式实时转送到机载飞控系统, 显示终端还可以对飞行数据进行保存和回放。
作为无人机飞行管理的核心, 无线电遥控遥测分系统的主要功能如下:
(1) 传送遥控指令;
(2) 显示无人机的航迹、姿态、位置、机载设备工作状态、当前遥控指令、测控数据传输质量等信息;
(3) 设置并装定无人机的原始参数、原点位置、飞行航路和安全区;
(4) 管理无人机飞行数据;
(5) 提供遥测信息的串口数据, 以接入局域网。
2 测控系统的组成
该小型无人机测控分系统组成框图如图1, 它包括机载遥控遥测收发一体机、地面遥控遥测收发一体机、地面站、遥控指令操纵器及天线, 并在地面站上增加了一个专用接口供数据接入局域网。
2.1 遥控遥测收发一体机
遥控遥测机载及地面收发一体机均由GD无线数传电台构成, 该电台具有如下特点:
(1) 高性能、高稳定、高可靠, 适用于各种恶劣的工作环境;
(2) 软件改变发射功率, 不打开电台即可改变输出功率;
(3) 软件改变静噪开启电平, 现场安装更方便;
(4) 数据电台采用温补频率基准源, 确保高稳定收发频率;
(5) 空中传输速率高达9.6Kbps;
(6) 采用前向纠错, 交织/反交织, 误码率降到最低;
(7) 循环冗余校验 (CRC) , 数据更可靠;
(8) 收发转换时间更短, 数据延时更小;
(9) 结构紧凑, 体积小巧;
GD无线数传电台由发射机、接收机、锁相环频率合成器、基带处理、调制解调器、微处理器、接口电路等部分组成, 其原理如图2所示。
发射机将基带信号调制到射频上, 进行功率放大和滤波。
接收机对接收到的射频信号进行滤波、放大、混频、鉴频等一系列处理后得到基带信号。
锁相环频率合成器提供发射和接收所需频率的信号。
基带处理对基带信号进行滤波、放大、预加重、去加重等处理。
调制解调器完成数据信号调制为模拟信号以及模拟信号解调为数据信号的变换。
微处理器完成控制、数据处理、参数设置、接口控制等。
接口电路实现与外接设备的电平转换与接口。
发射工作过程:基带信号经过基带处理后送至调制器, 然后经过小信号放大、功率放大和多级滤波后输出至天线口。
接收工作过程:天线口进来的信号经过滤波、低噪声放大、混频、中频滤波与放大、二次混频、滤波、鉴频、基带处理等过程还原信号。
2.2 地面站及操纵器
地面站的组成见图3, 它主要包括综合管理控制器、副站管理控制器、收发一体数传电台、工控机、LCD显示器、鼠标及两个RS-232口。综合管理控制器是地面站的核心, 主要数据的发射与接收、副站信息的处理及与工控机之间的数据通信;副站管理控制器负责对遥控指令操纵器送来的信号进行时序排序与编码并送给综合管理控制器;遥控发射和遥测接收模块主要负责把遥控信息给电台并处理电台送来的遥测信息;工控机负责对遥测信息进行处理并送LCD显示器进行显示;鼠标用于对测显软件的操作、无人机参数的设定及飞行数据的存储等;一个RS-232口用于工控机与综合管理控制器之间进行通信, 另一个RS-232口用于工控机与局域网上计算机之间进行通信。
操纵器分为遥控主控制台和遥控副操纵器, 如图4和图5所示。操纵器的面板上有6个板键开关, 每个开关对应2个指令, 故6个板键开关共可实现12个指令;21个微动开关各对应1个指令, 故可实现21个指令;33个开关指令分别是:远航、返航、上舵、下舵、俯冲、爬升、左定向、右定向、左舵、右舵、左盘旋、右盘旋、横平、纵平、靶Ⅰ放、靶Ⅰ切、靶Ⅱ放、靶Ⅱ切、启动、降高Ⅰ、降高Ⅱ、加GPS、程控Ⅰ、程控Ⅱ、左修、右修、归航、大车、小车、回收、抛伞、停车、巡航。
2.3 天线
采用高增益天线, 地面天线的长度为400cm, 架高后总高度为1000cm, 增益为10dBi, 机上天线长度为25cm, 增益为2.15dBi。
3 结语
测控系统作为无人机电子信息系统的核心, 并作为空中与地面之间联系的唯一纽带, 一方面需要研究新体制抗干扰技术, 不断提高自身测控反对抗能力, 以适应未来复杂的战场电磁环境;另一方面, 由于无人机系统的应用正在向通用化、智能化、宽带化和网络化方向发展, 无人机系统将需要在指挥控制系统通用化与互操作、一站多机通用控制站、抗干扰高速宽带数据链、协同组网与演示试验等方面加大投入, 不断提高无人机测控系统技术水平, 适应无人机的可持续发展。
参考文献
[1]吴益民等.无人机遥控遥侧数据实时处理研究[J].计算机侧量与控制, 2006.
[2]张劲锐等.基于GIS的无人机地面测控系统设计与实现[J].弹箭与制导学报, 2008.