２０１ ７年第４期 李帅：基于Ｑｔ的无人机地面站软件系统的设计 ４ｌ ｌ 三个方面展开阐述，给出基于Ｑｔ开发平台的软件 设计方案。 １ 系统组成 …／ ／Ｉ … △ ｌ 地『衔站系统’ Ｌ～一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一Ｊ 图１ 无人机系统组成图 在飞行器执行飞行任务之前，首先进行飞行 器的航迹规划和航迹注入，由地面站通过无线通 信装备向飞行器发送航迹规划遥测命令。确认航 迹注入成功无误，进入飞行器飞行控制，由地面站 通过无线通信装备向飞行器发送飞行遥测命令。 飞行任务执行过程中，飞行器通过无线通信设备 与地面站进行链接，飞行器按照２Ｏ Ｈｚ的速率实时 向地面站发送遥测信息，其中包括飞行器的经度、 纬度、高度、横滚角、俯仰角、转速、水温等。操纵员 可实时在地面站显控席位观察飞行器的各种状 态．并对异常状态进行适当的人工干预．保证飞行 器的安全和飞行任务的有效完成。无人机系统的 数据流如图２所示。 图２无人机系统数据流 １．２地面站系统组成 地面站系统 包括硬件和软件两个部分，硬件 主要包括地面站的机房、路由器、电腑 机柜、显控 席位台等，本文重点讨论地面站软件系统的设计。 地面站软件系统主要是对无人机的位置以及 状态信息进行实时显示．同时可以对无人机的工 作模式及参数进行控制，对飞行轨迹进行规划．保 证无人机的安全飞行和飞行任务的有效完成。 为了提高地面站软件系统的鲁棒性．软件系 统由３个独立进程组成，包括飞行器状态监视进 程、飞行器控制进程和航迹规划进程。每个进程包 括各个独立功能模块，如图３所示。每个进程独立 进行通信，支持遥测和遥控即上行和下行数据，其 中通信模块属于重用模块。每个进程之问的通信 采用共享内存的方式进行。 图３地面站软件系统组成 １）通信模块：实现ＵＤＰ通信参数的设置，支 持单播和组播发送和接收； ２）虚拟仪表模块：按照行业标准，基于 ＱＰａｉｎｔｅｒ实现横滚俯仰姿态图、指南针、通用仪表 盘等设计； ３）曲线绘制模块：基于Ｑｃｕｓｔｏｍｐｌｏｔ实现各 种曲线图显示，支持单条曲线及多条曲线的绘制； ４）数据重演模块：实现网络报文的记录和数 据回放功能； ５）控制参数配置模块：实现飞行模式的控制， 支持ＸＭＩ 配置文件实现动态配置； ６）地图显示模块：基于ｏｓｇ库实现ｌ９级瓦片 地图（精度可达到０．５ ｎ１）的显示及操作，包括地图 的放大、缩小、漫游等功能； ４１ ２ 雷达科学与技术 第１ ５卷第４期 ７）航点注入模块：实现航点的设置和卜传注 入，旧时支持对话框手１ 输入及删除、地 鼠标标 绘设置及删除。 ２ 关键技术 ２．１通信报文 地面站与飞行器之Ｉ＇Ｈ】以无线方式传输遥测信 息和遥控指令，为了保证数据不受外界的十扰 发生错误，对通信报文进行校验设计，确保接收端 能正确接收数据。 地面站软件系统的遥测信息和遥控指令的通 信报文是定长报文，每帧共６４ Ｂ，格式如表１所示。 表ｌ 通信报文格式 头信息：２ Ｂ．在无线通信中，噪声是以随机 节出现的．使用头信息能起到稳定接收和发射通 信的作用。地面站软件系统的通信报文以 ０ＸＥＢ９Ａ作为头信息．接收端只将以０ＸＥＢ９Ａ丌 头的通信报文作为有效报文。 数据部分：６１ Ｂ．其中第一个字节是信息类型， 用来区分遥测信息还是遥控指令，剩下的６Ｏ个字 节用于表示具体的数据信息。若是遥测信息，其中 包括空速、地速、高度、滚转角、俯仰角、经度、纬度、 主电源电压、主电源电流等参数信息；若是遥控信 息，其中包括起飞、平 、左倾斜５。、滑行等命令。 校验和：１ Ｂ，数据部分所有数据项之和取低８ 位，确保接收端数据不会由于外界干扰而出现错误． 若出现不对应关系，则认为报文无效，丢弃处理。 尾信息：１ Ｂ．作为信息报文的结束标志。 ２．２虚拟仪表 可用于Ｑｔ平台的虚拟仪表库相对较少，其中 Ｑｗｔ 是一个綦于Ｉ ＧＰＩ 协议的开源库，虽然拥有 封装好的表盘类，但并不是为飞行器类产品专业 设ｉ１＾，不满足行业类的使用需求。故地面站软件系 统的虚拟仪表采用Ｑｔ的２Ｄ绘图类ＱＰａｉｎｔｅｒ 绘 制。设汁绘制了包括姿态仪表、指南针、竖型数值 显示图、通用表盘四种。 １）姿态仪表 姿态仪表包括背景、俯仰刻度线、横滚刻度 线、横滚刻度指针四个部分，它分成两个纬度，横 滚变化是左右旋转，俯仰变化是上下平移，采用 ＱＩｍａｇｅ的方式绘制在ＱＷｉｄｇｅｔ Ｉ ．埘Ｑｌｍａｇｅ旋 转和指针化 的 绘实现横滚和俯仰的变化。 设计流 Ｉ刳 图 ｌ昕乐。 新建一张ＱＩｍａｇ 长宽分别为视罔的２倍 绘制俯仰背最色，ｆ 半部分 为蓝色，下半部分为棕色 绘制俯仰刻度线 以图片的中心为原点（１ 绘制滚转角ｉ角形指针 绘制滚转角半圆形指针 绘制姿态仪中心指针 【矧 １姿态仪 改计流 设计效果如 ５所示。 Ｉ皋Ｉ ５ 姿忿仪表效 ２）指南针 指南针由背景、３６０。刻度线以及【｝Ｊ问的飞机型 指针组成。根据飞行器的航向实时更新指针旋转 方向。 设计效果如图６所示。 国 ６指南针效 ３）数值 永图 数值显示 背景、刻度线以及数值显示框 ２０１ ７年第４期 李帅：基于Ｑｔ的无人机地面站软件系统的设计 入两个部分。 １）地图显示及操作 ４１３ 组成。可根据显示数值的范围动态重绘刻度，数值 显示框可实时更新数值并给出必要文字说明。 设计效果如图７所示。 采用ｏｓｇ（ｏｐｅｎ ｓｃｅｎｅ ｇｒａｐｈ）［刚开源库进行二 次开发，ｏｓｇ拥有强大的地图显示功能，可加载高 精度瓦片地图，可实现地图的基本操作，如放大、 缩小、平移等。 使用ｏｓｇ开源库首先需要编译针对当前软件 开发Ｑｔ版本的ｏｓｇ库文件，并将库文件、头文件 的路径加载到软件开发环境中；然后，准备好需要 加载的瓦片地图文件；最后，编写ｏｓｇ库读取地图 文件的配置文件，按照需要的格式，设置参数，加 载地图文件路径，即可进行地图显示。 Ｉ刳７ 数值显不效果罔 ２）航点注入 航点注入分为航点设置、航点对比及航点启 用三个步骤。 ４）通用表盘 通用仪表盘由背景、刻度线、指针、警示颜色 条以及数值显示框组成。可根据显示数据的范围 动态重绘刻度线，分段警示颜色条，数值显示框可 实时更新数值并给出必要文字说明。 设计效果如图８所示。 航点设置包括３种方式，第一种是地图标绘， 即通过鼠标进行选择指定航点的位置，第二种是 对话框手动输入，第三种是手动编辑航点文件，通 过读取文件进行设置。这３种方式可以互相配合 使用。航点设置可在地图上按照其地理位置进行 叠加显示，会按照编号顺序用直线段将各个航点 连接起来形成规划航迹。 航点对比就是比较本地航点设置与飞行器上 的航点设置情况是否一致，作为飞行器飞行前的 确认工作。飞行器上的回送航点支持在地图上按 照规划航迹的方式显示，并可查看其具体数值。 ８通川表盘效果闭 航点启用属于航迹规划的结束标志．当航点 对比确认成功，即完成航线规划任务。飞行器会按 照机上航迹规划的路径执行任务。 航迹规划如图９所示。 ２．３ 航迹规划 航迹规划模块包括地图显示及操作、航点注 雷达科学与技术 第１５卷第４期 曲线图、各类ＢＩＴ的回馈显示以及飞行控制的指 ３ 应用实例 在某项目中采用Ｑｔ ５．３进行地面站软件系统 的开发设计，显示效果如图ｌＯ、图１ｌ所示。 图１０为无人机地面站系统的状态监控和控制 令按钮。 图１１为无人机地面站的航迹规划软件，其中 包括了二维精细地图显示，可支持放大、缩小、漫 游，地图上设置了６个航点，按照顺序连成预设航 线，确定的预设航线在界面上显示的同时会上传 至无人机机上系统用于实际飞行控制。 软件，其中集成了姿态仪表、指南针、通用仪表盘、 － ～ 一 图ｌ０无人机地面控制软件界面 意念 麓 － ‘ 一 ・－ 曲 － 。 勰 ＿。 － ， Ｉ 。 。 ‰ 图ｌ１ 航迹规划软件界面 软件的架构组成和工作原理，并对设计关键技 ４ 结束语 本文提出的无人机地面站软件系统设计是基 术进行了详细描述，可以有效地解决软件设计 中遇到的问题，具有很强的可操作性。该设计可 以满足大多数无人机地面站软件设计的要求， 可广泛用于无人机地面站软件或相关的类似软件 中去。 于Ｑｔ平台的，并可以同时满足在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台 和Ｌｉｎｕｘ平台上的完美显示。文中给出了地面站 ４２０ 雷达科学与技术 第１５卷第４期 “ＧＳＭ９００”也进行了抑制，但覆盖面积比只增加到 了７１．３ Ｋｏ；仿真５将３个干扰台所在的频段都开 窗，虽然对３个干扰源都抑制了，但是覆盖面积比 ｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ— ｎｅｔｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｒａｄａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１７，１５（１）：７３—８Ｏ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 却下降到了７０．０ ，与仿真１中无干扰情况相比， ３０ 的面积都不能被覆盖。 ［５］马腾．ＵＷＢ生物雷达应用中环境干扰抑制技术的实 验研究［Ｄ］．西安：第四军医大学，２ｏ１６． Ｅ６］刘钢锋，贾鑫．一种基于ＩＩＲ滤波的ＳＡＲ射频干扰 抑制方法研究ＥＪ］．装备学院学报，２ｏｏ２，ｌ ３（１）： ４ 结束语 本文论述了对于包含广播、移动通信等非关 注频段的超宽带雷达在扫描分析时，如何有效抑 ７４—７ ７． ［７］Ｓｋｏｌｎｉｋ Ｍ Ｉ．雷达手册：合订本［Ｍ］．谢卓，译．北京： 国防工业出版社，１９７８：１－６７． ｒ８］ＰＥＩ Ｓ Ｃ，ＧＵＯ Ｂ Ｙ，Ｉ Ｕ Ｗ Ｙ．Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ Ｎｏｔｃｈ 制非关注频段对雷达回波信号造成干扰的问题； 通过在超宽带雷达中引入了陷波滤波机制，抑制 Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｔｒｕｃｔ ｕｒｅ Ｔｉｐｓ＆Ｔｒｉｃｋｓ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍａｇａｚｉｎｅ，２０１６，３３（３）：１１５— １】８． 了接收通带内的窄带于扰信号；并通过实验仿真， 分析了陷波滤波器的性能和开窗对雷达探测覆盖 能力的影响，为超宽带雷达的干扰抑制提供了一 种简单而有效的方法。 作者简介 臧维明 男，ｌ９６１年出生，四川成都 人，工学硕士，研究员，主要研究方向 为电磁频谱管理、系统仿真与信号 参考文献： ［１］李海英，杨汝良．超宽带雷达的发展、现状及应用［Ｊ］． 遥感技术与应用，２００１，１ ６（３）：１７８—１８３． 处理。 ２］黎海涛，徐继麟．超宽带雷达射频干扰抑制研究［Ｊ］． 无线电ｊ二程，２０００，３０（２）：１１—１ ２． 严少虎 男，１ ９７６年Ⅲ生，四川绵竹人，工学博士，高 级工程师，主要研究方向为频谱管理和系统仿真。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｙａｎｓｈｈ＠ｍｅｉ２９．ｓｃｇｂ．ｅｏｍ ［３］张文．陷波趟宽带天线的设计与分析［Ｄ］．哈尔滨：哈 尔滨 Ｅ程大学，２０ｌ５． 薛亚运 女，１９９０年出生，江苏沭阳人，工学硕士，工 程师，主要研究方向为雷达系统及信号处理。 柳青梅女，１９８１年出生，河南南阳人，工学硕士，工 ［４］陈文东，汤斌．复杂电磁环境下雷达抗干扰性能评估 方法［Ｊ］．雷达科学与技术，２０１７，１５（１）：７３—８Ｏ． Ｃ Ｈ ＥＮ Ｗｅｎｄｏｎｇ，ＴＡＮＧ Ｂｉｎ．Ａ Ｒａｄａｒ ＥＣＣＭ Ｐｅｒ一 ◆Ｉ；Ｉ◆Ｉ◆Ｉ●ＩＩ●Ｉ●Ｉ●ＩＩ●ｉＩ ●ｉｉ●●ｉ●ｉｉｉ●ｉｉ●ｉ ｉ程师，主要研究方向为电波传播建模与电磁环境分析。 ＂Ｏ－＂Ｏ－●◆ｉＩ◆Ｉ●●●●●ｉＩ◆Ｉ◆ｉ◆●◆ＩＩ●ｉＩ●Ｉ◆◆ （上接第ｌ４页） ［６］陆文周．ｑｔ５开发及实例［Ｍ］．北京：电子工业出版 社，２Ｏ１４：２０６—２３８． 参考文献： ［１］周焱．无人机地面站发展综述［Ｊ］．航空电子技术， ２０１０，４１（１）：１－６． ［７］肖鹏，刘更代，徐明亮．（）ｐｅｎｓｃｅｎｅＧｒａｐｈ三维渲染引 擎编程指南［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０１０：４１＿ ７１． ［２］李继进．基于Ｑｔ的通用态势显示系统的构架及关键 技术研究［Ｄ］．南京：南京理工大学，２０１２：６． ［３］魏明哲．无人机航迹规划与状态追踪系统［Ｊ］．唐山 学院学报，２０１６，２９（３）：３１－３２． 作者简介 李帅女，１９８８年生，安徽合肥人， 工程师，主要研究方向为雷达显示、情 报分析技术。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｅｌｌｅｙ９５０４＠１２６．ｃｏｒｎ Ｅ４］刘洋，韩泉泉，赵娜．无人机地面综合监控系统设计与 实现１Ｊ］．２ｏ１６，２４（１ ４）：１ｌＯ一１１１． ［５］卢华伟，秦品健，郑锐．基于Ｑｔ／Ｑｗｔ的操作监控系统 的设计与实现［Ｊ］．微计算机信息，２０１０，２６（１）：７２— ７４．