系統(tǒng)發(fā)展

目前該系統(tǒng)在無人機中運用較多。無人機系統(tǒng)中的地面控制站是指在地面用于對無人機的飛行狀態(tài)和機載任務設備工作狀態(tài)進行控制和監(jiān)視以及對機載任務設備采集的信息進行處理的設備總稱。它通常由飛行控制設備和任務管理設備以及信息處理設備三部分組成。其作用是控制飛行器的飛行方向、速度、高度、飛行姿態(tài)，管理任務設備的工作狀態(tài)和處理信息?，F(xiàn)代無人機已經(jīng)從原來單一戰(zhàn)斗任務中脫身而出，搭載了各種各樣多種用途的任務設備，對航跡規(guī)劃的要求越來越高。

隨著計算機技術的進步和GPS 系統(tǒng)的廣泛應用，無人機地面控制站中逐漸發(fā)展出了一個嶄新的獨立模塊——“航跡控制系統(tǒng)”。利用航跡控制系統(tǒng)，可以直接在數(shù)字地圖上進行航跡控制的規(guī)劃，能夠實時、便捷地得到數(shù)字地圖中任意一點的多種信息。這一功能將航跡控制規(guī)劃所需的時間大大縮短。因此，航跡控制系統(tǒng)是現(xiàn)代無人機發(fā)展必不可少的技術。

數(shù)字地圖格式

航跡控制系統(tǒng)中最重要的部分就是數(shù)字地圖。目前，航跡控制系統(tǒng)中采用的數(shù)字地圖主要有兩種格式：光柵位圖和矢量形式。

光柵位圖格式的數(shù)字地圖主要是通過掃描紙質地圖得到位圖，然后在位圖的特定位置標定經(jīng)緯度信息，使用時在地圖上選取任意一點都可以經(jīng)插值計算得到該點的經(jīng)緯度信息。

采用光柵位圖格式的數(shù)字地圖最大好處就是各種比例尺的紙質地圖比較容易獲取，它們的標準是一樣的，但也存在幾個問題：

1.數(shù)據(jù)誤差大。一般情況下，一個位圖格式的地圖文件要通過多次掃描并修正、拼接才能得到，而在拼接、旋轉位圖圖像時，都很有可能帶入較大的誤差。同時，在選取航點進行經(jīng)緯度計算時，根據(jù)計算方法的不同，也會帶入一定的誤差。這樣導致選取航點的估算經(jīng)緯度與實際經(jīng)緯度相差較大。

2.可獲取的信息量少。由于地圖文件中僅僅是標定了經(jīng)緯度信息，沒有體現(xiàn)出位圖中點與點之間的拓撲關系，無法得到航點所在位置的高度等信息，也就無法為航線規(guī)劃的高度設定提供參考，例如地名一類的地理信息更是無從獲取。

針對上述光柵位圖格式的缺點，矢量數(shù)字地圖是一種顯而易見的較好替代方式。在矢量地圖的數(shù)據(jù)結構中，地理實體用一系列的x，y 坐標作為位置標識符。矢量地圖不僅包含了三維的地圖信息，即經(jīng)緯度和高度，還可以得到地名等其它有用的附加信息，同時，它還具有縮放、旋轉不失真等特點，能大大提高航跡控制規(guī)劃的精確度。在顯示地圖時，還可以根據(jù)操作者的要求，有選擇地屏蔽不需要顯示的內(nèi)容，但是，目前矢量地圖的格式非常多，有Arcinfo 的Generate，ArcView 的Shape File，MapInfo 的MifFile，Auto CAD 的DXF，Titan 的Tsf 等格式。

由于地圖格式的出現(xiàn)，使得應用系統(tǒng)喪失了通用性，其結果是矢量地圖實現(xiàn)通用困難。另外，由于矢量地圖的本質是用一組指令來描述構成地圖的直線、圓、矩形等，當將矢量地圖顯示到屏幕上時，需要由軟件將描述圖形的指令轉換成在屏幕上顯示的顏色、位置和形狀，因此大大降低了矢量地圖的顯示速度。

由此可見，這兩種數(shù)字地圖的格式各有其優(yōu)缺點。目前，在小型無人機應用方面，考慮到軟件的通用性和無人機技術的發(fā)展，多采用了光柵位圖格式的數(shù)字地圖。

工作模式

綜合分析國內(nèi)外無人機系統(tǒng)的特點，航跡控制系統(tǒng)主要有4 種工作模式，即：航線規(guī)劃、航跡控制監(jiān)測、數(shù)據(jù)回放和數(shù)據(jù)分析。

航線規(guī)劃模式用于規(guī)劃無人機的飛行航線。在航線規(guī)劃模式中，調(diào)入目標地區(qū)的數(shù)字地圖之后，隨著鼠標的移動，鼠標所在位置可以同時顯示出地圖上該點的經(jīng)緯度信息，此時點擊鼠標即將該點自動追加為航線中新的航點，同時，信息提示區(qū)中還將顯示出當前的航跡控制角以及估算的無人機總航程，這樣的操作明顯能方便操作人員，大大縮短了航線規(guī)劃所需的時間。當航線設定完畢后，可以利用航跡控制數(shù)據(jù)裝訂功能迅速地將航線數(shù)據(jù)傳送到無人機的飛控系統(tǒng)中。

航跡控制監(jiān)測，是指實時接收無人機下傳的遙測信息，解析得到無人機的經(jīng)緯度和高度等信息，并在地圖窗口中的相應位置顯示，使操作者可以直觀地得到無人機的位置信息。航跡控制及姿態(tài)監(jiān)測過程中還能保存相應的數(shù)據(jù)，以便供給數(shù)據(jù)回放模式使用。在實際系統(tǒng)的實現(xiàn)中，是由地面控制系統(tǒng)通過無線鏈路實時接收無人機的遙測信息，并將相關信息通過網(wǎng)絡傳送到航跡控制系統(tǒng)。初期的各種航跡控制監(jiān)測系統(tǒng)中，無人機的姿態(tài)都是通過數(shù)據(jù)方式顯示的。當無人機處于視距之內(nèi)時，操作手可以直接觀測其姿態(tài)，而當無人機飛出視距時，操作手只能通過飛機的遙測數(shù)據(jù)來判斷飛機姿態(tài)。與航跡控制監(jiān)測類似，姿態(tài)監(jiān)測也是實時地接收無人機的遙測數(shù)據(jù)，同時，以三維圖形方式顯示出無人機的空中姿態(tài)，使得操作者可以直觀地看到無人機的姿態(tài)。

在無人機的實際飛行過程中獲得并保存數(shù)據(jù)之后，可以通過數(shù)據(jù)回放模式以與航跡控制監(jiān)測模式完全相同的視覺效果離線地再現(xiàn)無人機某一次飛行的全過程，包括無人機的位置、姿態(tài)以及其他一些重要數(shù)據(jù)，方便對無人機的飛行狀況及任務執(zhí)行狀況的分析。數(shù)據(jù)回放模式具有回放速度控制的功能，可以用半速、原速、2 倍速或4 倍速來進行數(shù)據(jù)的回放，還可以利用系統(tǒng)給出的控制功能，方便地實現(xiàn)回放過程的快進、快退等。

無人機系統(tǒng)中允許搭載各種不同的任務載荷，有些設備是通過一個單獨的無線信道直接進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，并且地面有專用設備予以接收，無需航跡控制系統(tǒng)進行處理，例如攝像機、照相機等。但是，也有一些設備是通過無人機的下行遙測鏈路傳輸數(shù)據(jù)的，例如核探測儀器等。這些設備要求地面控制站能夠記錄、保存探測數(shù)據(jù)，能夠針對探測數(shù)據(jù)進行分析并在數(shù)字地圖上表現(xiàn)出地面的受污染情況等。

發(fā)展方向

隨著微電子、微電技術、信息技術、智能技術和航空技術的飛躍發(fā)展，無人機正向小型化、智能化、隱身化方向發(fā)展，這就給航跡控制系統(tǒng)提出了更高的要求，為了滿足現(xiàn)代無人機發(fā)展的需要，無人機航跡控制系統(tǒng)還應從重點發(fā)展以下幾個方向。

雖然矢量地圖仍有一些缺點，但它有更多的優(yōu)越性，它的使用必然是一種發(fā)展趨勢。航跡控制系統(tǒng)必須在這方面加深研究。

在航線規(guī)劃的過程中將自動進行航點高度合法性的檢測，當無人機因規(guī)劃航點的高度太低而可能導致危險時，航跡控制系統(tǒng)將給出警告提示并給出相應的修改意見。或者，通過輸入對航線的要求，由系統(tǒng)根據(jù)設定的航線自動給出各個航點的高度值，甚至包括插入一些必需的航點。遇到復雜地形，需要無人機改變飛行航線時，系統(tǒng)能夠自動給出航線。

在采用矢量地圖之后，完全可以繪制出三維立體的地形，使得地圖的顯示不再局限于二維平面。由此，將使航跡控制系統(tǒng)發(fā)生巨大的變化，所有的操作和數(shù)據(jù)的顯示將更為直觀。系統(tǒng)的功能也不再局限于航線規(guī)劃和航跡控制監(jiān)測等。

模塊化、組件化結構是當前軟件系統(tǒng)發(fā)展的方向。不僅是航跡控制系統(tǒng)，整個地面控制站都將發(fā)展為模塊化的結構。各種功能以組件的方式予以實現(xiàn)，構成一個組件庫，必要時只需各取所需，再加以拼裝，就可以迅速得到一個新的應用系統(tǒng)。