本發(fā)明屬于航空電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無人機任務(wù)架構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是決定無人機能否自主完成任務(wù)的前提條件，任務(wù)架構(gòu)的最終實現(xiàn)形式是智能任務(wù)規(guī)劃決策系統(tǒng)。無人機任務(wù)架構(gòu)設(shè)計以無人機任務(wù)樣式及使命需求為依據(jù)，屬于無人機頂層任務(wù)設(shè)計階段，直接影響到下一層級功能分析、軟硬件設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)工程過程方法的要求，在完成每一層級系統(tǒng)正向設(shè)計后需要對該層級的系統(tǒng)進行確認和驗證，因此開展無人機任務(wù)架構(gòu)進驗證是必不可少的。

無人機任務(wù)架構(gòu)驗證平臺的主要目的是在設(shè)計初期對所設(shè)計的任務(wù)架構(gòu)的可行性、合理性及正確性等方面進行驗證，能夠減少后期繁復(fù)的迭代，減少的研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本和風險。

國內(nèi)對于無人機任務(wù)架構(gòu)領(lǐng)域研究方面屬于起步階段，而任務(wù)架構(gòu)驗證環(huán)境一般都是基于數(shù)字化仿真平臺，目前對無人機任務(wù)架構(gòu)驗證平臺研究情況如下：

1)通過構(gòu)建無人機氣動數(shù)學(xué)模型，仿真無人機機體模型；

2)搭建機載傳感器仿真器，仿真目標模型，包括航跡、行為、數(shù)量、屬性等信息；

3)建立無人機地面操作系統(tǒng)實現(xiàn)人機交互；

4)將任務(wù)系統(tǒng)與上述系統(tǒng)進行交聯(lián)，實現(xiàn)無人機任務(wù)架構(gòu)數(shù)字化仿真平臺。

目前已有的無人機任務(wù)架構(gòu)數(shù)字化仿真平臺主要驗證的包括：無人機自主飛行控制、航路規(guī)劃及重規(guī)劃仿真、任務(wù)目標分配、不同態(tài)勢條件下任務(wù)系統(tǒng)決策結(jié)果評估等方面。均未能深入對體系到平臺、平臺到設(shè)備進行完整實物仿真，缺乏型號應(yīng)用經(jīng)驗。

隨著無人機控制逐漸向多機協(xié)同智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜程度也逐漸增加，如何在頂層架構(gòu)設(shè)計階段對任務(wù)架構(gòu)的合理性和正確性進行驗證是目前亟待解決的重要問題。

我們得知的無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺的專利情況：目前未找到國內(nèi)相關(guān)專利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺，針對不同的任務(wù)場景及需求時，在機載飛行平臺上通過典型載荷接口的開放，實現(xiàn)任務(wù)載荷的快速更替，解決任務(wù)載荷多樣性與四旋翼負載過輕的矛盾。在軟件實現(xiàn)上，基于動態(tài)數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，隔離了消息源與目的，構(gòu)建了自由開放式運行環(huán)境，實現(xiàn)四旋翼節(jié)點的自由接入、功能處理模塊的快速擴展；針對任務(wù)架構(gòu)運行軟件模塊，基于配置文件的形式實現(xiàn)任務(wù)定勢庫動態(tài)加載，快速切換任務(wù)場景、任務(wù)邏輯以及任務(wù)載荷控制；針對載荷管理軟件模塊，通過數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)上擴展信息處理、增加消息配置的方式，實現(xiàn)新增載荷的信息處理。綜上，通過任務(wù)載荷的快速切換以及四旋翼平臺、軟件處理模塊的自由接入，實現(xiàn)了對多個場景下無人機任務(wù)架構(gòu)的快速物理仿真驗證。該方式突出了任務(wù)架構(gòu)驗證的主題，脫離了對無人機平臺的依賴，從而降低了對無人機機載平臺重新開發(fā)的成本和周期，同時也能在較短時間內(nèi)快速靈活地實現(xiàn)對頂層任務(wù)架構(gòu)的驗證，提高了驗證效率及完備性。

本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺，包含機載平臺和地面平臺，所述機載平臺包含飛行平臺單元101、差分GPS單元102、增穩(wěn)云臺單元103、機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104和任務(wù)載荷單元105；

所述飛行平臺單元101駐留飛行控制模塊201和任務(wù)載荷控制模塊202；其中：

飛行控制模塊201通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104接收地面平臺發(fā)送的飛控參數(shù)實現(xiàn)機載平臺的飛行控制，同時下傳機載平臺的飛行狀態(tài)參數(shù)信息；

任務(wù)載荷控制模塊202通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104接收地面平臺發(fā)送的載荷控制消息對任務(wù)載荷單元105上相應(yīng)的任務(wù)載荷進行控制，以及接收地面平臺發(fā)送的云臺姿態(tài)控制指令實現(xiàn)對云臺控制信號的輸入；

所述差分GPS單元102對機載平臺進行定位，以及通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104發(fā)送定位信息；

增穩(wěn)云臺單元103掛載任務(wù)載荷單元105，通過自身陀螺儀傳感器的反饋以及電機控制實現(xiàn)飛行過程中任務(wù)載荷的穩(wěn)定性；同時，根據(jù)飛行平臺單元101輸入的云臺控制信號實現(xiàn)對云臺及任務(wù)載荷姿態(tài)的控制；

任務(wù)載荷單元105包含若干個任務(wù)載荷，根據(jù)飛行平臺單元101的控制執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104向地面平臺下傳各任務(wù)載荷的任務(wù)執(zhí)行過程、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻圖像和/或載荷狀態(tài)。

進一步，所述一種無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺還包含差分GPS地面基站單元111，所述差分GPS地面基站單元111通過本身坐標計算基站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基站實時將該距離改正數(shù)發(fā)送到差分GPS單元102；

所述差分GPS單元102通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104接收距離改正數(shù)，基于距離改正數(shù)進行機載平臺的定位。

進一步，所述飛行平臺單元上包含若干個不同類型的載荷接口，該載荷接口與任務(wù)載荷單元相連。

進一步，所述地面平臺包含地面圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元106、視頻采集單元108和地面控制單元109；

信息采集單元108通過地面圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元106接收機載平臺下發(fā)的飛行狀態(tài)參數(shù)信息、任務(wù)執(zhí)行過程、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻圖像和/或載荷狀態(tài)，并轉(zhuǎn)發(fā)給地面控制單元109；

所述地面控制單元109駐留地面飛行監(jiān)控模塊203、任務(wù)架構(gòu)運行模塊204和信息處理模塊205；其中：

地面飛行監(jiān)控模塊203根據(jù)飛行狀態(tài)參數(shù)信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻圖像和/或載荷狀態(tài)，實現(xiàn)飛行參數(shù)信息顯示、無人機綜合控制及狀態(tài)顯示、載荷控制及載荷狀態(tài)顯示，根據(jù)任務(wù)架構(gòu)運行模塊204輸出的載荷任務(wù)相關(guān)信息，實現(xiàn)飛行計劃、任務(wù)執(zhí)行過程、當前態(tài)勢頁面的顯示，同時，將信息采集單元108發(fā)送的飛行參數(shù)信息、載荷狀態(tài)、友機飛行參數(shù)、任務(wù)執(zhí)行過程發(fā)送給任務(wù)架構(gòu)運行模塊204，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、圖像/視頻信息發(fā)送給信息處理模塊205，將任務(wù)架構(gòu)運行模塊204發(fā)送的飛控參數(shù)、載荷控制消息和云臺姿態(tài)控制指令通過地面圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元106發(fā)送給機載平臺；

任務(wù)架構(gòu)運行模塊204根據(jù)信息處理模塊205發(fā)送的目標融合解算信息和地面飛行監(jiān)控模塊203的發(fā)送的飛行參數(shù)信息、載荷狀態(tài)、友機飛行參數(shù)、任務(wù)執(zhí)行過程進行態(tài)勢信息評估，綜合評估態(tài)勢信息、本機狀態(tài)信息、及本/友機任務(wù)，進行任務(wù)計劃評估決策，同時向操作員顯示當前態(tài)勢情況、可執(zhí)行的任務(wù)計劃及效能評估結(jié)果，若操作員確認執(zhí)行該任務(wù)計劃后，將任務(wù)計劃信息解算后獲得的飛控參數(shù)、載荷控制消息和云臺姿態(tài)控制指令發(fā)送給地面飛行監(jiān)控模塊203；

信息處理模塊205根據(jù)地面飛行監(jiān)控模塊203轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻/圖像信息進行目標識別、位置/速度解算、意圖分析，獲得目標融合解算信息并發(fā)送給任務(wù)架構(gòu)運行模塊204。

進一步，所述地面平臺還包含遙控器單元107，所述遙控器單元107用于在手動模式下，通過自帶的天線將飛控參數(shù)發(fā)送給機載平臺，在半自動及自動模式下，在地面控制單元109發(fā)送的飛控參數(shù)存在誤差時發(fā)送飛控參數(shù)；

所述地面飛行監(jiān)控模塊還用于在遙控器單元107和任務(wù)架構(gòu)運行模塊204同時有飛控參數(shù)要發(fā)送時，不轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)架構(gòu)運行模塊的飛控參數(shù)。

進一步，所述地面控制單元109還駐留數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊206，地面飛行監(jiān)控模塊203、任務(wù)架構(gòu)運行模塊204和信息處理模塊205通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊206進行轉(zhuǎn)發(fā)。

進一步，所述一種無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺，還包含無線路由單元110，用于實現(xiàn)地面控制單元109與其他無人機系統(tǒng)的通信。

本發(fā)明的有益效果在于：

根據(jù)無人機任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)工程過程需求，提出了無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺實現(xiàn)方法，解決了在頂層設(shè)計階段對任務(wù)架構(gòu)的可行性、合理性和正確性的驗證問題，通過仿真不同的作戰(zhàn)樣式和任務(wù)場景，對任務(wù)架構(gòu)的運行過程和結(jié)果進行評估，可以降低系統(tǒng)研發(fā)風險，突破了機載飛行平臺對無人機任務(wù)架構(gòu)設(shè)計驗證的限制。

附圖說明

圖1為無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺硬件組成示意圖；

圖2為無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺軟件組成示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1是本發(fā)明的硬件組成框圖，根據(jù)不同的無人機任務(wù)架構(gòu)，通過搭建驗證平臺實現(xiàn)無人機任務(wù)架構(gòu)快速驗證平臺。本發(fā)明的硬件組成中包括機載平臺的飛行平臺單元101、差分GPS單元102、增穩(wěn)云臺單元103、機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104和任務(wù)載荷單元105，地面平臺的地面圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元106、遙控器單元107、視頻采集單元108、地面控制單元109、無線路由單元110、差分GPS地面基站單元111。圖2是本發(fā)明的軟件實現(xiàn)框圖，軟件均采用APP方式開發(fā)設(shè)計，主要實現(xiàn)任務(wù)架構(gòu)邏輯運行驗證，主要包括以下模塊：駐留在飛行平臺單元101的飛行控制模塊201和任務(wù)載荷控制模塊202，駐留在地面控制單元109的飛行監(jiān)控模塊203、任務(wù)架構(gòu)運行模塊204、信息處理模塊205和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊206。

1)飛行平臺單元101主要以商用開放飛控計算機為核心，并通過自帶接口連接GPS、慣導(dǎo)、氣壓高度表、舵機、電源等機載飛行必要設(shè)備，飛行平臺單元101通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104與地面平臺進行通信。

飛行控制模塊201通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104接收地面平臺發(fā)送的飛控參數(shù)實現(xiàn)機載平臺的穩(wěn)定飛行控制，同時實時下傳機載平臺的飛行狀態(tài)參數(shù)信息。

任務(wù)載荷控制模塊202通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104接收地面平臺發(fā)送的載荷控制消息對任務(wù)載荷單元105上相應(yīng)的任務(wù)載荷進行控制，以及接收地面平臺發(fā)送的云臺姿態(tài)控制指令實現(xiàn)對云臺控制信號的輸入。

2)差分GPS地面基站單元111通過本身精密坐標計算基站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基站實時將該距離改正數(shù)發(fā)送到差分GPS單元102，差分GPS單元102基于改正數(shù)進行定位修正，并通過機載數(shù)據(jù)總線向機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104周期發(fā)送高精度定位信息。

3)增穩(wěn)云臺單元103掛載任務(wù)載荷單元105，通過自身陀螺儀傳感器的反饋以及電機，能夠?qū)崿F(xiàn)云臺前后、左右、上下三個方向的旋轉(zhuǎn)，在四旋翼運動時保持了姿態(tài)的靜止，可以消除無人機機身姿態(tài)變化造成的影響；同時，根據(jù)飛行平臺單元101輸入的云臺控制信號實現(xiàn)對云臺及任務(wù)載荷姿態(tài)的控制。

4)任務(wù)載荷單元105包含若干個任務(wù)載荷，可以裝配相機、投放物等任務(wù)載荷，根據(jù)飛行平臺單元101的控制執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，通過機載圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元104向地面平臺下傳各任務(wù)載荷的任務(wù)執(zhí)行過程、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻圖像和/或載荷狀態(tài)。

5)遙控器單元107用于手動及半自動模式下的人工操控，同時用于全自動模式下的安全保護。該單元需要最高優(yōu)先控制權(quán)，通過其自帶的天線直接將飛控參數(shù)發(fā)送到機載平臺，實現(xiàn)無人機平臺的直接飛行操控。

6)信息采集單元108通過地面圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元106接收機載平臺下發(fā)的飛行狀態(tài)參數(shù)信息、任務(wù)執(zhí)行過程、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻圖像和/或載荷狀態(tài)，并轉(zhuǎn)發(fā)給地面控制單元109。

7)地面控制單元109接收機載部分發(fā)送的各類信息，并提供人機交互接口。同時通過無線路由單元110同其他無人機系統(tǒng)進行通信交互。

地面飛行監(jiān)控模塊203根據(jù)飛行狀態(tài)參數(shù)信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻圖像和/或載荷狀態(tài)，實現(xiàn)飛行參數(shù)信息顯示、無人機綜合控制及狀態(tài)顯示、載荷控制及載荷狀態(tài)顯示，根據(jù)任務(wù)架構(gòu)運行模塊204輸出的載荷任務(wù)相關(guān)信息，實現(xiàn)飛行計劃、任務(wù)執(zhí)行過程、當前態(tài)勢頁面的顯示，同時，將信息采集單元108發(fā)送的飛行參數(shù)信息、載荷狀態(tài)、友機飛行參數(shù)、任務(wù)執(zhí)行過程發(fā)送給任務(wù)架構(gòu)運行模塊204，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、圖像/視頻信息發(fā)送給信息處理模塊205，將任務(wù)架構(gòu)運行模塊204發(fā)送的飛控參數(shù)、載荷控制消息和云臺姿態(tài)控制指令通過地面圖像/數(shù)據(jù)傳輸單元106發(fā)送給機載平臺；同時，地面飛行監(jiān)控模塊203提供了安全防護功能，保證驗證過程的可靠飛行。具備緊急迫降、人工緊急介入等模式；通過解算友機位置實現(xiàn)編隊協(xié)同防撞功能。地面飛行監(jiān)控模塊作為平臺通用模塊，支持接口擴展，具備不同任務(wù)載荷接入能力。

任務(wù)架構(gòu)運行模塊204是任務(wù)架構(gòu)的具體實現(xiàn)載體，是無人機任務(wù)執(zhí)行的“指揮決策中心”。通過任務(wù)定勢庫的動態(tài)加載，實現(xiàn)不同場景及無人機任務(wù)的驗證。根據(jù)信息處理模塊205發(fā)送的目標融合解算信息和地面飛行監(jiān)控模塊203的發(fā)送的飛行參數(shù)信息、載荷狀態(tài)、友機飛行參數(shù)、任務(wù)執(zhí)行過程進行態(tài)勢信息評估，綜合評估態(tài)勢信息、本機狀態(tài)信息、及本/友機任務(wù)，進行任務(wù)計劃評估決策，同時向操作員顯示當前態(tài)勢情況、可執(zhí)行的任務(wù)計劃及效能評估結(jié)果，若操作員確認執(zhí)行該任務(wù)計劃后，將任務(wù)計劃信息解算后獲得的飛控參數(shù)、載荷控制消息和云臺姿態(tài)控制指令發(fā)送給地面飛行監(jiān)控模塊203。任務(wù)架構(gòu)運行模塊204輸出的任務(wù)計劃信息是進行無人機任務(wù)架構(gòu)正確性、合理性及有效性評估的輸入和依據(jù)。

信息處理模塊205根據(jù)地面飛行監(jiān)控模塊203轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、視頻/圖像信息進行目標識別、位置/速度解算、意圖分析，獲得目標融合解算信息并發(fā)送給任務(wù)架構(gòu)運行模塊204。

飛行監(jiān)控模塊203、任務(wù)架構(gòu)運行模塊204和信息處理模塊205以通用接口的形式連接在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊206上，根據(jù)載荷的擴展以及任務(wù)的處理需求，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊的快速擴展。206數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊通過無線局域網(wǎng)的形式實現(xiàn)，擺脫了空間和介質(zhì)上的限制。通信上采用數(shù)據(jù)訂閱/分發(fā)協(xié)議，地面飛行監(jiān)控模塊203、任務(wù)架構(gòu)運行模塊204、信息處理模塊205以及友機的各地面功能模塊均以節(jié)點的形式連接到網(wǎng)絡(luò)上，實現(xiàn)了模塊的松耦合，提高了模塊的擴展能力。