無(wú)人直升機(jī)任務(wù)規(guī)劃與控制系統(tǒng)

無(wú)人直升機(jī)任務(wù)規(guī)劃與控制系統(tǒng)第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1、概述2、操縱與控制3、參數(shù)綜合顯示4、地圖航跡顯示5、任務(wù)規(guī)劃6、情報(bào)處理與分發(fā)7、系統(tǒng)間信息互聯(lián)第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日控制指揮與任務(wù)規(guī)劃是無(wú)人直升機(jī)控制站的主要功能。無(wú)人直升機(jī)控制站也稱為任務(wù)規(guī)劃與控制站，控制站有多種方式如車載、艦載等。規(guī)模較大的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中，可以有若干個(gè)控制站，這些不同功能控制站通過(guò)通信設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成無(wú)人直升機(jī)指揮控制系統(tǒng)。1、概述第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.1功能指揮調(diào)度：上級(jí)指令接收、系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)、系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度。任務(wù)規(guī)劃：飛行航路規(guī)劃與重規(guī)劃、任務(wù)載荷工作規(guī)劃與重規(guī)劃操縱控制：起降操縱、飛行控制操作、任務(wù)載荷操作、數(shù)據(jù)鏈控制顯示記錄：飛行狀態(tài)參數(shù)顯示與記錄、航跡顯示與記錄、任務(wù)載荷信息顯示與記錄、情報(bào)處理與分發(fā)1、概述第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.1功能1、概述第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.2組成——操縱臺(tái)、處理計(jì)算機(jī)、顯示和記錄1、指揮處理中心——制定無(wú)人直升機(jī)飛行任務(wù)、完成無(wú)人直升機(jī)載荷數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用，指揮/數(shù)據(jù)處理中心間接通過(guò)控制站實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的控制和數(shù)據(jù)接收2、無(wú)人機(jī)控制站——由飛行操縱、任務(wù)載荷、數(shù)據(jù)鏈路控制和通信指揮控制組成?？赏瓿蓪?duì)uav、載荷等操縱控制，可實(shí)現(xiàn)一站一機(jī)、一站多機(jī)、一機(jī)多站3、載荷控制站——進(jìn)行機(jī)載任務(wù)設(shè)備的控制。4、單收站——只接收無(wú)人機(jī)信息數(shù)據(jù)，不能對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行控制1、概述第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日1.3設(shè)計(jì)要求1、根據(jù)任務(wù)需要，并考慮通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則；2、設(shè)備機(jī)柜的設(shè)置要考慮操縱席位的安排，一站多機(jī)時(shí)根據(jù)操作工作量增加的需求，適當(dāng)增設(shè)機(jī)柜；3、處理計(jì)算機(jī)的選擇和配置要綜合考慮，既要根據(jù)實(shí)際需要，又要考慮兼容性和互換性；4、監(jiān)視器的選擇和配置要綜合考慮，布置要符合人機(jī)工程；5、操作控制方式的選擇應(yīng)當(dāng)合理，操縱臺(tái)和操作和的按鈕、旋鈕、操縱桿等的布置要操作方便、安全、可靠，采用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件面板操作時(shí)應(yīng)有安全保護(hù)措施。1、概述第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)人機(jī)操縱與控制主要包括起降操縱、飛行控制、任務(wù)設(shè)備控制和數(shù)據(jù)鏈管理等。2.1起降操縱無(wú)人直升機(jī)起飛降落是最難的控制階段。起降控制程序應(yīng)簡(jiǎn)單、可靠、操縱靈活。起飛方式：人工操縱起飛、人工加姿態(tài)保持起飛、自主起飛降落方式：人工操縱著陸、人工加姿態(tài)保持著陸、自主著陸2、操縱與控制第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2遙控飛行遙控方式：舵面遙控、姿態(tài)遙控、指令控制（俯仰角選擇與控制、高度選擇與控制、飛行速度控制、滾轉(zhuǎn)選擇與控制、航向選擇與控制、航跡控制）自主飛行：不需要人工參與的飛行控制，針對(duì)不同的狀態(tài)，自主飛行與人工遙控飛行結(jié)合，進(jìn)行組合控制自動(dòng)控制：通過(guò)全權(quán)限的機(jī)載飛行管理與控制系統(tǒng)完成從起飛、控制飛行、執(zhí)行任務(wù)和返航著陸全過(guò)程的自動(dòng)控制。該方式下一般不需人的介入，考慮到安全性，某些關(guān)鍵控制可以由人工輔助組合控制：在自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)操縱桿給無(wú)人機(jī)在外回路上增加一定的偏移量，利用人的判斷能力，將人置于控制回路中，對(duì)自主控制品質(zhì)的必要補(bǔ)充和完善。2、操縱與控制第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.3任務(wù)設(shè)備控制內(nèi)容：操縱人員通過(guò)地面站的任務(wù)控制單元，發(fā)送任務(wù)控制指令，控制機(jī)載任務(wù)設(shè)備工作，同時(shí)地面站處理并顯示任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)，供判讀和使用?？刂品绞剑喝蝿?wù)控制操縱臺(tái)：按鍵、旋鈕、操縱桿；軟面板：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、軌跡球等實(shí)時(shí)性要求：實(shí)時(shí)性要求較寬松的可利用軟面板設(shè)置；實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的可利用操縱臺(tái)按鍵設(shè)置；連續(xù)控制指令，應(yīng)由操縱臺(tái)操縱桿方式進(jìn)行配置2、操縱與控制第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日2.4數(shù)據(jù)鏈管理數(shù)據(jù)鏈管理主要是對(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，使其完成對(duì)無(wú)人機(jī)的測(cè)控與信息傳輸。主要的數(shù)據(jù)鏈有：V/UHF視距數(shù)據(jù)鏈、L視距數(shù)據(jù)鏈、C視距數(shù)據(jù)鏈、UHF衛(wèi)星中繼數(shù)據(jù)鏈、Ku衛(wèi)星中繼數(shù)據(jù)鏈。管理的內(nèi)容包括：鏈路選擇、頻道開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)機(jī)控制、跟蹤方式選擇、天線控制、功率控制等。2、操縱與控制第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日地面控制站內(nèi)的飛行控制席位、任務(wù)設(shè)備控制席位、數(shù)據(jù)鏈管理席位都設(shè)有相應(yīng)的分系統(tǒng)的顯示裝置，因此需綜合規(guī)劃、提出設(shè)計(jì)原則，規(guī)定顯示內(nèi)容，顯示方式、顯示范圍。3.1飛行參數(shù)綜合顯示設(shè)計(jì)原則：反映周期較短的參數(shù)（速度、高度、姿態(tài)）采用數(shù)字式圖形和數(shù)字雙重顯示，不采用全數(shù)字；反映周期較長(zhǎng)的采用數(shù)字或字符；特性相近的參數(shù)組合在一起；實(shí)時(shí)性要求高的在首頁(yè)顯示；實(shí)時(shí)性要求低的防御次要位置或者次頁(yè)；圖形儀表和參數(shù)以不同顏色顯示工作區(qū)——紅色-禁止工作區(qū)；黃色-注意工作區(qū)；綠色-工作區(qū)。3、參數(shù)綜合顯示第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日顯示內(nèi)容飛行與導(dǎo)航信息：姿態(tài)角及角速度、位置、高度、速度、大氣數(shù)據(jù)、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、舵面響應(yīng)信息數(shù)據(jù)鏈狀態(tài)信息：鏈路工作狀態(tài)的主要參數(shù)、鏈路設(shè)備的工作參數(shù)、鏈路設(shè)備的工作狀態(tài)設(shè)備狀態(tài)信息：航電設(shè)備狀態(tài)、機(jī)載任務(wù)設(shè)備狀態(tài)、地面設(shè)備狀態(tài)、機(jī)載供電、導(dǎo)航狀態(tài)、機(jī)載設(shè)備bit、地面設(shè)備bit、時(shí)鐘信息指令信息：指令代碼、發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)輔助信息：系統(tǒng)原理、系統(tǒng)指南、故障處理3、參數(shù)綜合顯示第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日3.2告警告警起因：故障告警、飛行狀態(tài)告警、威脅告警告警等級(jí)：提示—提示操縱人員重視系統(tǒng)安全或工作狀態(tài)、性能狀態(tài)以及提醒操縱人員進(jìn)行例行操縱信息；注意—表明即將出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，發(fā)展下去將危及飛行安全、任務(wù)能力等；警告—表明已經(jīng)出現(xiàn)了危及飛行安全的狀況，需要立即采取措施告警種類：視覺(jué)、語(yǔ)音3、參數(shù)綜合顯示第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日地圖航跡顯示可以操縱人員提供無(wú)人直升機(jī)位置導(dǎo)航等信息。4.1導(dǎo)航信息顯示實(shí)時(shí)定位信息機(jī)載定位傳感器設(shè)備狀態(tài)信息無(wú)人機(jī)導(dǎo)航信息導(dǎo)航控制器相關(guān)參數(shù)顯示任務(wù)規(guī)劃信息4、地圖航跡顯示第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日位置顯示經(jīng)度+緯度+高程（B-L-H）；直角坐標(biāo)位置（X-Y-Z）；極坐標(biāo)位置信息（ρ-L-H）顯示方式：文字+數(shù)據(jù)；地圖背景下的信息；滿足實(shí)時(shí)性滿足經(jīng)度要求4、地圖航跡顯示第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日距離顯示航跡偏差信息基于任務(wù)規(guī)劃內(nèi)容的航程點(diǎn)導(dǎo)航距離信息與基站的相對(duì)位置信息方位顯示相對(duì)基站的方位信息基于任務(wù)規(guī)劃內(nèi)容的航程點(diǎn)方位信息4、地圖航跡顯示第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日速度顯示飛行空速地速信息飛行航跡角信息時(shí)鐘格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘北京時(shí)間相對(duì)時(shí)間4、地圖航跡顯示第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)人直升機(jī)的任務(wù)規(guī)劃是指在地面對(duì)無(wú)人直升機(jī)遂行任務(wù)所要經(jīng)歷的航線、高度、任務(wù)指令等內(nèi)容的編排、統(tǒng)籌與管理。早期以手動(dòng)或計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃為主；目前發(fā)展了自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃（全球鷹，偵查同時(shí)可以攻擊）任務(wù)規(guī)劃的目的是在已知條件下，以完成任務(wù)為目的，為無(wú)人直升機(jī)規(guī)劃最優(yōu)的航跡，同時(shí)考慮各種自身的約束條件，在確保無(wú)人直升機(jī)安全的條件下，最大限度地發(fā)揮無(wú)人機(jī)的作用，完成預(yù)定的任務(wù)。任務(wù)規(guī)劃包括：將地面任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)綜合到指揮網(wǎng)絡(luò)中，從而可以從高級(jí)指揮所發(fā)出任務(wù)規(guī)劃指令；完全將地面任務(wù)規(guī)劃納入到c3i網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，充分利用戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息；任務(wù)規(guī)劃器替代人完成自動(dòng)規(guī)劃；從地面轉(zhuǎn)向無(wú)人直升機(jī)機(jī)載部分5、任務(wù)規(guī)劃第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日5.1任務(wù)規(guī)劃方法手動(dòng)任務(wù)規(guī)劃——也稱任務(wù)裝訂，通過(guò)地面檢測(cè)設(shè)備或數(shù)據(jù)鏈路將預(yù)先制訂好的航線航路點(diǎn)屬性輸入導(dǎo)航或飛控計(jì)算機(jī)，無(wú)人直升機(jī)按照預(yù)定的任務(wù)飛行。任務(wù)裝訂包括航路點(diǎn)和航路點(diǎn)屬性，航路點(diǎn)的連線構(gòu)成無(wú)人直升機(jī)預(yù)期飛行軌跡，航路點(diǎn)屬性則表明此航路點(diǎn)或由這些航路點(diǎn)規(guī)定航段的任務(wù)屬性（任務(wù)設(shè)備開(kāi)關(guān)、任務(wù)設(shè)備控制等）5、任務(wù)規(guī)劃第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃——隨著無(wú)人直升機(jī)功能的越來(lái)越復(fù)雜化和執(zhí)行任務(wù)的多樣性，自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃由機(jī)載和地面設(shè)備組成，其工作過(guò)程為：首先，機(jī)載部分用來(lái)執(zhí)行規(guī)劃控制站傳送的規(guī)劃好的飛行任務(wù)，并且能夠根據(jù)資源信息進(jìn)行任務(wù)重新規(guī)劃；其次，地面任務(wù)規(guī)劃站，完成無(wú)人直升機(jī)的自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃和對(duì)無(wú)人直升機(jī)的操縱。5、任務(wù)規(guī)劃第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日自動(dòng)任務(wù)規(guī)劃方法——其本質(zhì)是一個(gè)非線性多目標(biāo)約束優(yōu)化問(wèn)題，可以歸結(jié)為以下三點(diǎn)：1、選擇和分類目標(biāo)子集，使無(wú)人直升機(jī)的任務(wù)效能最大并滿足約束條件；2、產(chǎn)生使無(wú)人直升機(jī)安全、準(zhǔn)時(shí)、可靠到達(dá)目標(biāo)的軌跡3、將飛行軌跡與任務(wù)控制進(jìn)行匹配。5、任務(wù)規(guī)劃第二十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日情報(bào)處理與分發(fā)主要是接收、存儲(chǔ)、處理和顯示偵查圖像；并對(duì)圖像進(jìn)行快速篩選、處理和判讀，生成快速、準(zhǔn)確、真實(shí)的情報(bào)產(chǎn)品，同時(shí)將情報(bào)分發(fā)到相應(yīng)機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)主要功能是：1、實(shí)時(shí)接收下傳的圖像數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)記錄2、完成數(shù)字圖像的解壓縮、圖像與處理、顯示、快視、凝視等3、圖像的快速篩選、校正、拼接、快速定位4、輔助判讀，快書(shū)生成情報(bào)5、將情報(bào)上報(bào)指揮機(jī)關(guān)或作戰(zhàn)單位6、情報(bào)處理與分發(fā)第二十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)人直升機(jī)指揮控制系統(tǒng)有指揮、通信、任務(wù)規(guī)劃、飛行控制、數(shù)據(jù)鏈管