李自然 王偉 王琦

【摘要】? ? 近幾年，隨著無人機(jī)在軍事和民用中地位的提高，對無人機(jī)地面管控系統(tǒng)的研究也逐步成為一個熱點。針對無人機(jī)管控系統(tǒng)的應(yīng)用，本文設(shè)計了一款基于WPF框架的PC端應(yīng)用軟件。該地面站能夠?qū)崟r顯示無人機(jī)軌跡、飛行狀態(tài)，可以加載本地作業(yè)任務(wù)或者是新建任務(wù)發(fā)送給無人機(jī)，同時可以對無人機(jī)的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，本文主要介紹了軟件的功能和UI。

【關(guān)鍵詞】? ? 無人機(jī)地面管控系統(tǒng)? ? WPF? ? C#? ? 數(shù)據(jù)分析

引言

無人機(jī)系統(tǒng)在日益發(fā)展，無人機(jī)地面管控系統(tǒng)也逐漸成為一個比較熱門的領(lǐng)域。目前國內(nèi)外主流的無人機(jī)管控系統(tǒng)主要功能有：軌跡顯示、加載電子地圖、狀態(tài)信息顯示、航跡規(guī)劃、飛行數(shù)據(jù)記錄以及操作指令等[1]?，F(xiàn)有的無人機(jī)地面管控系統(tǒng)主要依靠的通信方式為串口通信，Socket通信使用較少，一般都需要在電腦端連接一個串口通信的外置設(shè)備，限制了用戶的操作體驗，同時，大部分地面站有日志文件，但是要等到無人機(jī)飛行結(jié)束后，才能對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這樣對飛機(jī)參數(shù)的設(shè)置帶來不小的麻煩。作為無人機(jī)系統(tǒng)的的“神經(jīng)中樞”，對地面管控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用性的要求也逐步提高。一款簡單實用的無人機(jī)地面管控系統(tǒng)，使無人機(jī)能夠執(zhí)行更為復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)，降低操作人員的工作量，對無人機(jī)系統(tǒng)是一個很大的優(yōu)化。因而，對無人機(jī)地面管控系統(tǒng)的研究有著重大意義，無人機(jī)地面管控系統(tǒng)也發(fā)揮著越來越重要的作用[2-3]。

一、應(yīng)用開發(fā)平臺與工具

本系統(tǒng)設(shè)計采用的是WPF（Windows Presentation Foundation）框架，與MVC和MVP的最大區(qū)別就是WPF真正做到了前端UI開發(fā)和后端邏輯代碼開發(fā)的分離，讓專門的UI設(shè)計師開發(fā)前端界面，程序員則主要負(fù)責(zé)對后端邏輯代碼的編寫。開發(fā)平臺是Visual Studio 2019，開發(fā)平臺的使用建立在.NET基礎(chǔ)之上[4-5]，本設(shè)計的UI部分采用的是XAML語言，它通俗易懂，不需要很專業(yè)的編程基礎(chǔ)，能夠設(shè)計出優(yōu)美的動畫，UI設(shè)計師可以直接參與項目的研發(fā)。后臺邏輯部分使用的是C#編程語言，它是由C和C++發(fā)展而來的一門編程語言，它與java非常相似，同時與java有著幾乎相同的運(yùn)行過程，但是C#與組件對象模型是直接生成的，在此基礎(chǔ)上又增加了其他功能，同時他是.NET開發(fā)的首選編程語言[5-7]。

二、 軟件功能及界面設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計的功能框圖如下圖1所示，主要分為電子地圖模塊、軌跡規(guī)劃模塊、傳感器校準(zhǔn)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、固件升級模塊、視頻模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、虛擬儀表模塊。電子地圖模塊主要包括電子地圖的加載，我們可以加載谷歌、必應(yīng)等各種衛(wèi)星地圖，同時我們在有網(wǎng)絡(luò)的情況下也可以對地圖進(jìn)行緩存，這樣在下次加載的時候就無需再次下載，而且在無網(wǎng)絡(luò)的作業(yè)區(qū)域，我們可以提前下載好作業(yè)區(qū)域的衛(wèi)星地圖，這樣就可以正常進(jìn)行作業(yè)。軌跡規(guī)劃模塊主要包括無人機(jī)軌跡的實時顯示，還可以對無人機(jī)保存的飛行數(shù)據(jù)日志文件進(jìn)行軌跡回放，查看無人機(jī)飛行的各種狀態(tài)，同時可以把已經(jīng)建好的作業(yè)任務(wù)保存到本地數(shù)據(jù)庫，這樣下次可以直接導(dǎo)入，避免重復(fù)規(guī)劃任務(wù)。傳感器校準(zhǔn)模塊主要包括地磁校準(zhǔn)、陀螺儀校準(zhǔn)、加速度計校準(zhǔn)，在組裝飛控系統(tǒng)之前，對飛控系統(tǒng)各個模塊的校準(zhǔn)，可以保證飛控在無人機(jī)作業(yè)的同時保持穩(wěn)定高效的運(yùn)作，有效的防止了無人機(jī)炸機(jī)。參數(shù)設(shè)置模塊主要包括作業(yè)參數(shù)設(shè)置、機(jī)型設(shè)置、燈光設(shè)置，在無人機(jī)作業(yè)之前我們可以針對無人機(jī)上次的飛行狀態(tài)，來重新設(shè)置一些參數(shù)，讓無人機(jī)飛行的更加平穩(wěn)。固件升級模塊主要是用來對程序的版本進(jìn)行升級，把升級好的固件導(dǎo)入到模塊中，就能夠自動更新，減少了研發(fā)人員的工作量。視頻模塊主要包括視頻的實時回傳和拍照，通過實時的視頻回傳，我們可以清楚的看到無人機(jī)前方的障礙物，避免無人機(jī)撞到障礙物發(fā)生炸機(jī)，同時拍照功能所拍的照片能夠保存到本地，以備后期查看和使用。數(shù)據(jù)處理模塊主要包括無人機(jī)實時數(shù)據(jù)的顯示和相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲，通過UI界面的展示，我們可以查看無人機(jī)的高度、速度、電壓等一系列狀態(tài)，同時，如果發(fā)生電壓過低，距離過遠(yuǎn)，地面管控系統(tǒng)會發(fā)生警報，來提醒操作人員做一些相應(yīng)的處理;數(shù)據(jù)處理模塊還包括對飛行數(shù)據(jù)的查看，我們可以通過此模塊，查看無人機(jī)的各種姿態(tài)角、遙控器控制量、油門控制量、任務(wù)航點數(shù)量、以及各個模塊的版本號;這個模塊還可以導(dǎo)入相機(jī)圖傳和RTK的數(shù)據(jù)文件，可以查看圖傳的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，上傳照片的數(shù)量，RTK主從天線的衛(wèi)星數(shù)量，同時可以自主診斷相關(guān)問題，圖傳不正常的情況下是圖傳網(wǎng)絡(luò)的問題還是程序版本的問題，RTK進(jìn)不去的情況下是主天線的問題、從天線的問題還是環(huán)境本身信號不好對其造成的影響，在數(shù)據(jù)分析的二維圖表中點擊相應(yīng)時刻的數(shù)據(jù)，由圖的無人機(jī)標(biāo)記位置也會對應(yīng)到其同樣的時刻，也就是說可以再同一時刻查看無人機(jī)的各種相關(guān)數(shù)據(jù)。虛擬儀表模塊主要是通過串口接收無人機(jī)相關(guān)姿態(tài)的數(shù)據(jù)，送到前端儀表來展示無人機(jī)的3D飛行姿態(tài)，使用戶體驗更佳。

三、結(jié)語

隨著無人機(jī)技術(shù)的逐漸發(fā)展，無人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能也日趨豐富[8]，本設(shè)計不僅能夠?qū)o人機(jī)實時監(jiān)控，還可以完成作業(yè)任務(wù)的下發(fā)，同時可以對無人機(jī)的數(shù)據(jù)實時分析，并能夠給出相應(yīng)的診斷結(jié)果，有著廣闊的市場前景與應(yīng)用空間。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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