摘要：随着科技的发展，载人火箭已经深入到人民生活的各个部分，航拍、植保、电力巡回、气象监测、公安系统等都有载人火箭的身影，当前正处于研究载人火箭技术的热潮中，载人火箭机身的发动机技术、飞行控制系统的飞控技术、载人火箭和地面站的无线通信技术等都是载人火箭系统的研究热点。载人火箭整个系统可以分成三部分，第一部分是载人火箭飞控部分，第二部分是数据通信链路，第三部分是遥控遥测地面站。遥控遥测地面站作为载人火箭系统的不可缺失的一部分，它主要用来实时接收并处理载人火箭遥测的飞行数据，不定时的向载人火箭发送一些控制指令（如起飞、悬停）控制载人火箭的飞行。随着载人火箭的飞快发展，地面站系统面临着数据量和数据类型不断增加，数据流的多样化等众多问题，提高遥控遥测地面站系统的性能是势在必行。
关键词：载人火箭；遥测；设计
前言
载人火箭遥控遥测系统中最主要的部分是地面站控制系统，而地面站中的任务规划系统对地面站而言又是重要的内容。
1遥控遥测系统的组成及基本原理
1.1遥测系统基本原理
载人火箭遥测系统指的是指地面站接收载人火箭采集的遥测数据。首先载人火箭可以对远距离的目标采集数据，然后能够远距离的将数据通过下行通信链路传输到地面站系统，地面站终端设备可以实时显示载人火箭的遥测数据，如速度、高度、姿态、航向等信息，地面站对数据实现存储分发等管理操作。遥测系统中相关的概念有：时分多路遥测，即将多路遥测的数据以时间进行划分按照顺序在同一信道中传输，PCM是脉冲编码调制的缩写，即用二进制码按时分制传输多路数据，帧是数据传输的基本单元，帧格式即为数据的正确传输定义的帧结构。输入设备是指载人火箭上的各种传感器设备，利用传感器采集测量目标的参数，然后遥测数据需要按照一定的格式转换打包发送出去；通信传输设备负责将遥测数据传送到地面站，无线传输应该包含无线收发机、收发天线和信息传递的通信信道；地面终端设备把接收的数据进行存储，分派以及显示等处理，地面站设备的复杂度根据研究任务的大小，可以简单，也可以很复杂。
1.2遥控系统基本原理
遥控系统的过程是操作人员在地面终端设备发送控制指令，这些控制指令需要按照一定的报文格式打包，经无线通信链路的上行通道传输到载人火箭的飞控系统，飞控系统将接收的数据包解包获取控制指令信息，然后送达载人火箭执行机构，执行机构完成指令任务。遥控系统分开环和闭环两种，开环和闭环系统开环的遥控系统比较简单，应用范围较少。相比较闭环的遥控系统使用的范围广泛一些，闭环系统多了监测设备和传输设备，监测设备能一直监测被控对象的输出量Z，然后反馈到控制指令设备，通过比较修正，能够改善遥控系统的性能。
2遥控遥测系统软硬件设计方案
2.1地面站硬件设计
载人火箭遥测遥控地面站系统的硬件设计主要在前端机上，前端机的任务是完成遥测信号的获取、预处理数据和多路信号重组和分配，并将数据分派到地面站各个子系统。地面站综合显示模块可以实时动态的显示载人火箭的遥测数据和航迹规划的信息。地面站系统设计采用了模块化的设计思想，主要是为系统的模拟调试和后续升级提供便利，，载人火箭完成遥测数据的采集、编码等工作后，经过CCSDS组帧后，将处理后的数据送入信道，调制后通过RS232串口和无线电台发送给载人火箭地面站。载人火箭地面站通过数传电台和RS232串口接收下行CCSDS帧结构的遥测数据，经过解码后送到地面站前端机。
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2.2地面站软件设计
（1）飞行监控
飞行监控部分主要实现实时的显示载人火箭飞行状态（如高度、经纬度等）、机载设备状态（如电量、舵机转速等）以及载人火箭采集的各种遥测数据。飞行监控需要具有电子地图的功能，对载人火箭当前位置进行定位，各类数据的显示基于虚拟仪表来完成，有数字显示和表盘显示两种方式，同时还有一些控制命令，如返回、悬停、起飞等。
（2）任务规划
任务规划主要是载人火箭的航迹规划，在电子地图上能够预规划出载人火箭的飞行路线，并且通过通信链路发送到载人火箭上，任务规划模块最关键的是电子地图的开发和航迹规划算法的实现，通过地图控件能实现地图的显示，其次是电子地图能够实现缩放、鼠标漫游、拖动等操作，最后能在地图上直观的显示航迹，同时还具有航迹回放的功能。航迹规划模块需要综合使用数据库和电子地图，当确定飞行任务后，将应用算法规划出的航迹点通过串口发送给载人火箭，为了使规划的航线具有实际可飞性，以及能够避开威胁，需要对航迹算法进行相关的研究，为地面站航迹规划提供理论依据。
（3）数据管理
数据管理即对遥控遥测数据的管理，该模块有助于工作人员以后的研究工作的开展。数据的管理可以从两方面来看，一种是地面站接收载人火箭发送的遥测数据，一种是地面站发送给载人火箭的遥控数据。接收遥测数据包括载人火箭机载传感器采集的GPS数据、导航数据、气压数据等，地面站接收完数据，能够对遥测数据进行存储、显示、回放、查询等操作。发送遥控数据包括航迹规划的航点信息等，发送出去遥控数据能够以一定的形式保存在数据管理模块。数据管理模块的关键技术是数据库的开发应用，本次软件开发选择轻量型的SQLite数据库。应用SQLite数据库对各种遥控遥测数据的类型进行分析，建立载人火箭飞行数据表和航迹规划信息表，飞行数据表用来存储载人火箭的飞行数据，航迹规划信息
表用来存储航迹规划中航点信息，并且能对它进行修改和删除等操作。
（4）系统设置
系统设置模块分两部分，主要以通信设置为主，另一部分是系统的调试。通信链路是遥控遥测系统的重要部分，对地面站来说需要设计出可靠的通讯接口，以保证地面站和载人火箭之间可以进行可靠的数据传输。载人火箭和地面站之间通过数传电台传输数据，数传电台和地面站之间一般是通过串口通信，串口通信是指在一条数据线传输数据，具有的优点是节省传输线等。地面站能够正确的读取串口是实现串口通信的关键步骤。串口的设计主要有串口号、波特率、数据位、校验位和停止位，打开串口接收数据，当有数据来时，串口接收数据，并启用消息处理函数。本文串口的设计是基于第三方类Qextserialport通信类来开发，Qextserialport具有良好的封装，可靠性较高。系统调试是载人火箭起飞前的工作，主要是为了保证地面站和载人火箭之间可以有效的通信，以及载人火箭机载设备可以正常工作。
3 结束语
载人火箭系统是一个庞大复杂的系统，涉及的技术有很多，未来载人火箭必然朝着智能化、隐身化、集成化以及民用化的方向发展，载人火箭遥控遥测地面站系统的发展必然紧随其后，由于本人经历以及学识有限，本课题设计的遥控遥测地面站系统还有很多不足和有待完善的地方。
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论文作者:陈刚,王占军,李根
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/1
标签：地面站论文; 火箭论文; 数据论文; 系统论文; 航迹论文; 串口论文; 通信论文; 《基层建设》2018年第27期论文;