无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法技术

本发明专利技术提出一种无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法，属于无人机指挥控制领域。本方法设计了通用指令/参数对象帧，对象帧中各个遥控指令对象按照统一格式进行描述，所有遥测参数对象也具有统一的描述方式，并设计基于通用指令/参数对象帧的测控软件数据处理流程，在软件数据层将遥测结构帧转化为通用参数对象帧，将通用指令对象帧转化为遥控结构帧；针对不同型号的无人机，设计对应型号的通用对象帧适配插件，当测控软件适用某型号的无人机时，调用对应型号的通用对象帧适配插件进行对象帧和结构帧的转化。本发明专利技术解除了软件业务层和界面层与结构帧的耦合关系，提高了无人机地面站软件的通用性，避免了重复软件建设。

A general hierarchical design method for UAV remote command / telemetry parameter frame

The invention provides a general layer design method for remote control command / telemetry parameter frame of unmanned aerial vehicle, belonging to the field of command and control of unmanned aerial vehicle. The design method of the general instruction / object frame, object frame each remote command object in accordance with the unified format description, all telemetry parameter objects have a unified description method and design of general instruction / parameter object frame control software based on data processing software, in the telemetry data layer structure frames into general parameter object the general frame, the command object frames into remote control frame; according to different types of unmanned aerial vehicles, general frame design models of the corresponding object adapter plug, when the control software for a certain type of UAV, the transformation with the common object frame corresponding model adapter plug-in object frame and frame structure. The invention eliminates the coupling relation between the software service layer and the interface layer and the structure frame, improves the versatility of the UAV Ground Station Software and avoids repeated software construction.

【技术实现步骤摘要】
无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法
本专利技术属于无人机指挥控制领域，具体涉及一种无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法。
技术介绍
近年来，无人机互操作性引起世界军事强国的日益重视。国际无人机系统标准化组织也制定了一系列互操作性标准，包括北约组织(NATO)发布的标准化协议(STANAG：StandardizationAgreements)和机动车工程师协会无人机系统工作组SAEAS-4发布的联合无人系统体系结构(JAUS：JointArchitecture)。测控与信息传输是互操作性标准中必不可少的。目前，国内已经制定了《无人机测控与信息传输系统通用链路协议》、《无人机测控与信息传输系统通用信道要求》等多项标准，具备了一定的研究基础和技术储备。但相比国外无人机系统互操作性标准，体系还不完善，标准之间的协调性不强，且现有标准的技术覆盖面与型号通用性上还存在一定差距。在我国无人机型号多样但标准指导性和应用性不强的现状下，国内无人机地面站的互操作性很差。尤其是软件部分，几乎每个型号都要重新设计，造成了严重的重复建设和资源浪费。尽管现状不能即刻改变，但基于现状，如何利用先进的数据处理和软件设计方法提高地面站测控软件的互操作性也是很有研究价值的一个课题。无人机地面站测控软件本质上是一个数据处理的软件，主要包括数据发送/接收，数据编码/解码，数据/界面交互三部分。因此不同型号的地面站测控软件设计过程大致相同，但受限于遥控/遥测帧结构的差异，在工程实际中往往需要通过大量重复性工作。经过分析，制约地面站测控软件互操作性的因素主要体现在三个耦合关系上。一是无人机型号与遥控/遥测帧结构的耦合关系；二是遥控指令、遥测参数与遥控/遥测帧结构的耦合关系；三是软件界面与遥控指令、遥测参数的耦合关系。首先，《无人机测控与信息传输系统通用链路协议》只是粗略地定义了遥控/遥测帧结构的格式与大小，实际操作性不强。而且受设备厂商、设计思想、保密竞争等因素影响，不同型号的无人机往往具有不尽相同的遥控遥测需求。这就造成了国内大部分无人机型号对差异化遥控/遥测帧结构的依赖。其次，在软件设计过程中，遥控指令编码和遥测参数解码很自然地会跟该型号的遥控/遥测帧结构产生耦合关系。比如遥控编码过程中起飞指令占用几个字节，放在遥控帧的什么位置；遥测解码过程中飞机航向角占用几个字节，在遥测帧的什么位置，比例系数是多少。诸如此类编解码过程中的耦合关系几乎是无法避免的，并且还会随着数据应用的深入而加剧。最后，用户所关心的遥控指令与遥测参数的相应操作与显示都会反映在界面上。程序员在把数据进行界面显示的过程中，实际上是把界面与数据进行了绑定。虽然参与绑定的数据有可能已经是独立结构的对象，但这些对象依然是依赖帧结构产生和赋值的。这就带来了第三个耦合问题。综上，三个耦合问题产生的根源都在于遥控/遥测帧结构的不同。而不同型号的帧结构存在差异是我国无人机行业的一项基本现状。基于这样的现状，测控软件的通用性设计困难重重。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，提出无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法，主要包括通用参数帧的设计，基于通用参数帧的数据处理流程设计，基于插件机制的数据转换与参数读写设计。本专利技术的无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法，包括以下几个步骤：第一步，设计通用指令/参数对象帧；通用指令/参数对象帧以指令/参数对象为基本单位，各个遥控指令对象按照统一格式进行描述，所有遥测参数对象也具有统一的描述方式。第二步，设计基于通用指令/参数对象帧的测控软件数据处理流程；遥测数据的处理过程为：在软件数据层将接收的原始遥测数据按照遥测帧结构存储为遥测结构帧对象，然后将遥测结构帧对象转化为通用参数对象帧；在软件业务层将通用参数对象帧中的各个遥测参数提取出来进行逻辑处理，生成参数应用量，输入到软件界面层；软件界面层依据各个遥测参数对象的显示要求，进行相应显示处理。遥控数据的处理过程为：在软件界面层采集操作者输入或触发的遥控操作，将遥控数据放入遥控应用量中；软件业务层收到上层的通知后，把相应的遥控应用量，依据通用指令对象帧格式进行遥控指令对象描述赋值、组帧，形成通用指令对象帧；软件数据层将通用指令对象帧转化为遥控结构帧，并将遥控结构帧发送出去。第三步，针对不同型号的无人机，设计对应型号的通用对象帧适配插件，当测控软件适用某型号的无人机时，调用对应型号的通用对象帧适配插件；所述的通用对象帧适配插件的功能是：将遥测结构帧对象转化为通用参数对象帧，将通用指令对象帧转化为遥控结构帧。本专利技术的优点和积极效果在于：(1)采用通用指令/参数对象帧设计，提高无人机地面站软件的通用性；(2)对遥控/遥测结构帧与通用指令/参数对象帧之间的转换处理，采用通用对象帧适配插件设计机制，提高了无人机地面站软件的扩展性；(3)避免重复软件建设，节约成本；(4)软件界面统一，有利于操作手对软件的适应。附图说明图1为本专利技术的遥控指令/遥测参数帧的分层设计的示意图；图2为基于对象帧的无人机测控软件设计示意图；图3为不同无人机型号的结构帧转换为对象帧的通用对象帧适配插件机制设计示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作出进一步的详细说明。本专利技术从数据处理及软件设计的方法入手，实现测控软件的通用化设计。如图1所示，从数据处理和应用的角度，无人机测控软件可以分为三层：数据层、业务层、界面层。数据层的主要工作是依据基于结构的遥控/遥测帧(结构帧)对遥控/遥测数据进行发送、接收、帧处理等操作。由于结构帧数据对象是依据无人机遥控/遥测帧结构而产生的，因此不同帧结构的测控软件，数据层的处理过程各异。如果任务层、界面层的数据处理过程都依据遥控/遥测帧结构进行，整个测控软件的设计都会存在严重的数据耦合关系。本专利技术设计了通用指令/参数对象帧(对象帧)。在数据层与业务层之间进行结构帧与对象帧的转化。基于通用化的设计思路，数据层用于结构帧数据的处理以及结构帧与对象帧的转化。业务层的主要工作是进行对象帧相关的数据处理工程。界面层是在业务层的基础上实现人机交互的过程。由于引入通用对象帧的概念，对于不同的结构帧，本专利技术提出的测控软件业务层和界面层数据处理方法不存在与之耦合的关系，因此业务层和界面层是通用的数据处理过程。当同一套测控软件需要适用为了不同型号无人机时，通过替换软件数据层的结构帧与对象帧转化部分即可实现。为了提高软件的设计效率和可扩展性，本专利技术采用插件机制设计结构帧与对象帧转化部分，例如对图1中的A型机、B型机、C型机等，分别设计有对应型号的通用对象帧适配插件，以实现结构帧与对象帧的转化，通过动态加载通用对象帧适配插件的方式可以完成软件对不同机型的适应性扩展。本专利技术的无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法，具体实施方式包括以下几个步骤：第一步，设计通用指令/参数对象帧。分析不同型号无人机遥控/遥测帧结构的共同属性，设计以指令/参数对象描述为基本单位的通用帧结构。其中各个遥控指令对象按照统一格式进行描述，所有遥测参数对象也具有统一的描述方式。首先通用指令/参数对象帧必须满足以下三个条件。第一：指令/参数全面。通用指令/参数对象帧能够覆盖不同无人机型号中所有遥控/遥测帧的指令和参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，设计通用指令/参数对象帧；所述的通用指令/参数对象帧以指令/参数对象为基本单位，各个遥控指令对象按照统一格式进行描述，所有遥测参数对象具有统一的描述方式；第二步，设计基于通用指令/参数对象帧的测控软件数据处理流程；遥测数据的处理过程为：在软件数据层将接收的原始遥测数据按照遥测帧结构存储为遥测结构帧对象，然后将遥测结构帧对象转化为通用参数对象帧；在软件业务层将通用参数对象帧中的各个遥测参数提取出来进行逻辑处理，生成参数应用量，输入到软件界面层；软件界面层依据各个遥测参数对象的显示要求，进行相应显示处理；遥控数据的处理过程为：在软件界面层采集操作者输入或触发的遥控操作，将遥控数据放入遥控应用量中；软件业务层收到上层的通知后，把相应的遥控应用量，依据通用指令对象帧格式进行遥控指令对象描述赋值、组帧，形成通用指令对象帧；软件数据层将通用指令对象帧转化为遥控结构帧，并将遥控结构帧发送出去；第三步，针对不同型号的无人机，设计对应型号的通用对象帧适配插件，当测控软件适用某型号的无人机时，调用对应型号的通用对象帧适配插件；所述的通用对象帧适配插件的功能是：将遥测结构帧对象转化为通用参数对象帧，将通用指令对象帧转化为遥控结构帧。...

【技术特征摘要】
1.一种无人机遥控指令/遥测参数帧通用分层设计方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，设计通用指令/参数对象帧；所述的通用指令/参数对象帧以指令/参数对象为基本单位，各个遥控指令对象按照统一格式进行描述，所有遥测参数对象具有统一的描述方式；第二步，设计基于通用指令/参数对象帧的测控软件数据处理流程；遥测数据的处理过程为：在软件数据层将接收的原始遥测数据按照遥测帧结构存储为遥测结构帧对象，然后将遥测结构帧对象转化为通用参数对象帧；在软件业务层将通用参数对象帧中的各个遥测参数提取出来进行逻辑处理，生成参数应用量，输入到软件界面层；软件界面层依据各个遥测参数对象的显示要求，进行相应显示处理；遥控数据的处理过程为：在软件界面层采集操作者输入或触发的遥控操作，将遥控数据放入遥控应用量中；软件业务层收到上层的通知后，把相应的遥控应用量，依据通用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红光，向锦武，丁文锐，冯莹，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11