２００６年６月
第４２卷第３期
航空精密制造技术
ＡＶＩＡＴＩＯＮＰＲＥＣＩＳＩＯＮＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｊｕｎ．２００６Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．
３
无人机地面控制站系统的应用研究
吴益明１，卢京潮２，魏莉莉２，潘文平２
（１．上海航天技术研究所，上海２００２３３
２．西北工业大学自动化学院，陕西西安７１００７２）
［摘要］研究了一套功能完善的无人机地面控制站系统，由地面飞控站和地面导航站两部分组成。地面飞
控站通过无线电链路直接与无人机自动驾驶仪进行通信；地面导航站是地面控制站的一个航迹系统，运用以太网实现它与地面飞控站之间的通信。
［关键词］无人机；地面飞控站；地面导航站；串口；以太网；电子地图［中图分类号］Ｖ２７９
［文献标识码］Ｂ
［文章编号］１００３－５４５１（２００６）０３－００４８－０３
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＵＡＶＧｒｏｕｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＵＡＶＧｒｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ
ＷＵＹｉ－ｍｉｎｇ，ＬＵＪｉｎｇ－ｃｈａｏ，ＷＥＩＬｉ－ｌｉ，ｅｔａｌ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００７２）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｉｍａｇｅｆｉｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｄａｔａｂａｓｅＩ／Ｏａｎｄｓｅｃｏｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｉｇｉｔａｌｍａｐｉｎｓｏｆｔｗａｒｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｔｉｔｉｍｅ－ｑｕｅｒｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｎｉｎｇｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅａｌｉｚｅｄｅｘｐｅｃｔｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｑｕａｌｉｔｙｄｕｒｉｎｇｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｇｒｏｕｎｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎ；ｆｉｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｄａｔａａｃｃｅｓｓｏｂｊｅｃｔ；ｄｉｇｉｔａｌｍａｐ
无人机系统中的地面控制站系统是在无人机应用发展过程中逐步提出的［１］，现代无人机已经从原来单一战斗任务中脱身而出，装载了各种用途的设备。为了能够更好地遥控操作无人机，人们采用了各种形式的地面控制站系统，以便对无人机的飞行状态和任务设备等进行实时监控。一般而言，地面控制站系统是一个具有遥测数据的实时采集、遥控指令的实时发送和飞行航迹的实时显示等功能的监控系统。该系统是无人机系统中的重要环节，它的好坏直接影响着整个系统的性能。
本文研究了一套功能完善的地面控制站系统。它由地面飞控站和地面导航站两个部分组成，用两台ＰＣ机来分别实现，系统示意图见图１。其中承载地面飞控站功能的ＰＣ机是系统服务端，遥测数据
的实时采集分析、遥控指令的定时发送等都在其上实现；承载地面导航站功能的ＰＣ机是系统客户端，实现在电子地图上显示航迹和数据保存记录等功能。以上两部分的功能程序都是在ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０环境下进行开发，所以都是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的程序设计，具有友好的界面，简便的操作等特点。
图１地面控制站系统示意图
开发中主要难点是对电子地图的操作，由于电子地图是由许多层构成，每一个层对应着许多地理
《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第３期
信息，所以首先必须明确层的概念和关系，以及坐标之间的转换，否则很难实现航迹系统的功能。以下详细介绍各部分功能的研究与实现。
ＣＤｉａｌｏｇ）
／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）
ＯＮ＿ＭＥＳＳＡＧＥ（ＷＭ＿ＣＯＭＭ＿ＲＸＣＨＡＲ，ＯｎＣｏｍｍ）
／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰ
ＥＮＤ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（）
接着在主对话框的源文件中再加入函数
１
１．１
地面飞控站的研究与实现
任务设计
地面飞控站的主要任务是实时采集分析遥测数
ＯｎＣｏｍｍ（ＷＰＡＲＡＭｃｈ，ＬＰＡＲＡＭｐｏｒｔ）的实现，就可
以对接收到的数据进行处理了，可以不同形式显示。其中，ＷＰＡＲＡＭ、ＬＰＡＲＡＭ类型是多态数据类型，在
据、定时发送遥控指令以及向地面导航站实时发送飞机位置数据。具体设计如下：
由于地面飞控站与自动驾驶仪之间的无线电通信接口协议是ＲＳ４２２，所以设计用串口来实现它们之间的通信。每个串口既能发送数据又能接收数据，是一个全双工的通信工作方式，正好能实现遥测数据接收和遥控指令发送两部分功能。然后，对于地面飞控站和地面导航站之间的通信，为了有很高的可靠性和很强的实时性，选用面向连接的流方式即
ＷＩＮ３２中为３２位，支持多种数据类型，能根据需要
自动适应，这样程序有很强的适应性。
实现网络通信功能：网络通信方式一般有面向连接的流方式即ＴＣＰ／ＩＰ协议和无连接的数据报文方式即ＵＤＰ协议。为了满足强实时性和高可靠性的通信要求，选用了面向连接的流方式，网络通信速率可达到１０Ｍ以上。
ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络通信方式。
１．２功能实现
实现串口通信功能：为了根据实际要求可以方便程序的改进，选用了多线程串口编程工具
２
２．１
地面导航站的研究与实现
任务设计
根据实际项目的任务要求，设计了４种工作模
ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类［３］，和ＭＳＣｏｍｍ控件相比，这个类打包
时，不需要加入其他的文件，而且函数都是开放透明的。ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类是一个基于多线程的类，其工作流程具体如下：首先设置好串口参数，然后开启串口监测工作线程，串口监测工作线程监测到串口接收到的数据、流控制事件或其他串口事件后，就以消息方式通知主程序，激发消息处理函数来进行数据处理，这是对接收数据而言；对于发送数据，可直接向串口发送。在ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类中有多个串口事件可以响应，只需处理ＷＭ＿ＣＯＭＭ＿ＲＸＣＨＡＲ消息。该消息处理函数需要人工添加，所以在主对话框的头文件中加入该响应函数的声明：
航迹规划、航迹再现和数据处理。式：航迹显示、
２．１．１航迹显示模式
当无人机进行实际飞行时，尤其在调试飞行阶
段，知道飞机的实际航线是否与规划设定的航线重合或者偏离设定航线的距离到底有多大这些信息是非常重要的，所以航迹显示模式是一个很重要的环节。通过以太网通讯，航迹系统从地面控制站实时获取由自动驾驶仪下传来的ＧＰＳ定位遥测信息，解析得到无人机的经纬度等信息，在电子地图上实时显示，使得操作者可以直观地得到无人机的位置信息。航迹显示过程中还应保存相应的数据，以便在航迹再现模式中使用。
／／Ｇｅｎｅｒａｔｅｄｍｅｓｓａｇｅｍａｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）
ａｆｘ＿ｍｓｇＬＯＮＧＯｎＣｏｍｍ（ＷＰＡＲＡＭＬＰＡＲＡＭｐｏｒｔ）；
／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ
在主对话框的源文件中加入该消息的映射：
２．１．２
ｃｈ，
航迹规划模式
为了使无人机能够实现全自主飞行，需要提前
进行任务航线规划即航迹规划。在电子地图上随着鼠标的移动，鼠标所在位置可以同时显示出地图上该点的经纬度信息，此时点击鼠标即将该点自动追加为航线中新的航程点，这样的操作明显地方便了
ＢＥＧＩＮ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ，
无人机地面控制站系统的应用研究
操作人员，大大缩短了航迹规划所需的时间。当航迹规划完后，同样通过以太网通讯将航迹规划数据打包发送到地面控制站，然后由地面控制站通过无线电链路将数据传送给自动驾驶仪。
迹。地图／屏幕坐标转换函数的原型如下：
／／将屏幕坐标转换为地图坐标
ｍ＿Ｍａｐ．ＣｏｎｖｅｒｔＣｏｏｒｄ（＆ＳｃｒｅｅｎＸ，＆ＳｃｒｅｅｎＹ，＆ＭａｐＸ，＆ＭａｐＹ，ｍｉＳｃｒｅｅｎＴｏＭａｐ）；／／将地图坐标转换为屏幕坐标
ｍ＿Ｍａｐ．ＣｏｎｖｅｒｔＣｏｏｒｄ
（＆ＳｃｒｅｅｎＸ，＆ＳｃｒｅｅｎＹ，
＆ＭａｐＸ，＆ＭａｐＹ，ｍｉＭａｐＴｏＳｃｒｅｅｎ）；
添加航迹显示函数，在视图的头文件中加入响应函数的声明：
２．１．３航迹再现模式
在无人机的实际飞行过程中获得并保存数据之
后，通过航迹再现模式可以得到与航迹显示模式完全相同的视觉效果，离线地再现无人机某一次飞行的全过程，方便了对无人机的飞行状况及任务执行状况的分析。航迹再现模式中提供了回放速度控制的功能，可以常速或双倍速来进行航迹的再现。
／／Ｇｅｎｅｒａｔｅｄｍｅｓｓａｇｅｍａｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）ａｆｘ＿ｍｓｇｖｏｉｄＯｎＴｏｏｌＴｒａｃｅ（）；／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ
在视图的源文件中加入该消息映射：
２．１．４数据处理模式
无人机系统中允许搭载各种不同的任务载荷，
有些设备是通过一个单独的无线信道直接进行数据传输的，并且地面有专用设备予以接收，无需航迹系统进行处理，例如摄像机、照相机等。但是，也有一些设备是通过无人机的无线电链路传输数据的，例如核探测仪器等。不仅如此，这些设备还要求地面控制站能够记录、保存相关数据，并能够在电子地图上显示出相应的信息。因此，航迹系统提供了第４种工作模式即数据处理模式，专门用于对传感器数据进行分析处理。
ＢＥＧＩＮ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ，
ＣＤｉａｌｏｇ）
／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）ＯＮ＿ＣＯＭＭＡＮＤＯｎＴｏｏｌＴｒａｃｅ）
／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰＥＮＤ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（）
接着在视图的源文件中加入ＯｎＴｏｏｌＴｒａｃｅ（）函数对于航迹的实现，就可以实现飞行航迹的显示功能。规划、航迹再现和数据处理部分的函数添加方法雷同于航迹显示部分。
（ＩＤ＿ＴＯＯＬ＿ＴＲＡＣＥ，
２．２功能实现
首先，编制一个以太网通信程序（同地面飞控
站），再在程序中加进设置服务器ＩＰ地址的源码。
其次，实现电子地图的地图功能。
在ＶｉｓｕａｌＣ＋＋中调用ＭａｐＸ类，即导入ＭａｐＸ．ｈ和ＭａｐＸ．ｃｐｐ两个文件。不要采取从Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单中选择ＡｄｄＴｏＰｒｏｊｅｃｔ－＞ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎｄＣｏｎｔｒｏｌｓ命令加载ＭａｐＸ控件的方式，因为这样创建的源文件没能包括所有的ＭａｐＸ对象。然后在视图中载入电子地图，它是一个扩展名为＊．ｇｓｔ的文件，可以通过最后运用ＭａｐＸ的对象的ＭａｐＩｎｆｏ地图软件来生成。
属性和方法，可以很方便地实现地图的放大、缩小和漫游等基本功能。
最后，实现４种工作模式的功能。
航迹显示部分：调用地图／屏幕坐标转换函数，将接收过来的ＧＰＳ经纬度（即地图上经纬度坐标）转换为窗口中对应的坐标值（即屏幕上设备坐标），而后根据屏幕上的设备坐标绘制出对应的飞行航
３系统的联调测试
在地面飞控站的软件中，由４个无模式对话框
分别对四副帧的遥测数据进行了实时采集分析，其中重要的姿态数据由航空仪表来辅助显示，并设置了安全警报系统，完成了实时获取、分析、显示遥测数据及辅助安全监控的功能。遥控指令均由点击式按钮来进行操作，一些重要指令按钮，为了防止误操作，设置了保护措施，如自毁按钮，当点击一下就会弹出一个确认对话框。在实际系统联调测试中，地面飞控站的各部分功能得到了很好地实现，同时也具有较强的实时性。
地面导航站的软件界面如图２所示。
（下转第５３页）
《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第３期
"累加后的预测值可以表示成&
!（１）（ｋ＋１）＝（ｘ（１）（０）－ｕ／ａ）ｅ－ａｋ＋ｕ／ａ，ｘ!（１（ｋ）＝（ｘ（１）（０）－ｕ／ａ）ｅ－ａ（ｋ－
ｘ
１）
＋ｕ／ａ，
（１）!（１）（ｋ＋１）＋ε!（１）
ｘ（１）（ｋ＋１）＝ｘｋ＋１，ｘ（ｋ）＝ｘ（ｋ）＋εｋ，εｋ，εｋ＋１是
图２ＧＭ（１，３）曲线及相对误差曲线
误差。
３结果分析
以下是对于这一结果的详细分析。
!（０）（ｋ＋１）＝（ｘ（０）（１）－ｕ／ａ）ｅ－ａｋ（１－ｅａ），ｘ（０）（ｋ＋１）＝ｘ!（０）则有ｘ（ｋ＋１）＋εｋ＋１－εｋ
可以看到ＧＭ模型实质上还是一种指数型拟合，累加生成不能够减小预测模型的误差等级。
灰色预测ＧＭ模型只能适合对精度要求不高的场合，它计算简便，但是模型太过简化，不能够充分利用历史数据。而神经网络的精度可以达到很高，因此将神经网络与灰色系统结合起来将会是一个很好的选择。
"灰色理论的ＧＭ模型中的累加生成相当于初!
始点不变，步长为１的定积分。
"为了满足正数要求而对序列作正向平移操作#
或是做多次的累加生成后，光滑比（可能会变得更符
合要求，预测结果与实际值的相对误差也会减少，但做了还原之后，误差又会增大。这说明对序列的变换只能更方便地发现其内部规律，而变换后的还原，模型误差也不会减小。
４结论
灰色预测理论ＧＭ模型是粗糙的指数模型，因
"大规模定制的质量控制中，数据的震荡性严$
重，因此需要对其进行变换，符合光滑比的要求后，才能进行ＧＭ（１，Ｎ）模型的建模，否则预测的误差将会非常大。
此它在大规模定制质量控制中的应用会有很大的局限。ＧＭ（１，Ｎ）模型更是很难在ＭＣＭＱＣ中得以应用，因此只能慎重地采用统一化后应用ＧＭ（１，１）模型。将灰色系统与神经网络的结合，有望综合这两者的优点，更加适合大规模定制生产的质量控制的要求。
参考文献（略）
（收稿日期２００５－０８－１０
）
!的计算其实是一种非常巧"ＧＭ模型中的Ｂ、%ａ
妙的最小二乘的直线拟合，它的计算简便。与不进行累加生成直接用指数曲线拟合相比，大大减小了计算量。（上接第５０页）
实际需要规划一些特殊的遥控指令信息（如ＮＡＶＴＯ指令等）。测试过程中，对于重要数据都给予了保存，能方便地进行航迹再现和数据处理工作。
４结束语
通过系统的实际联调测试，该套地面控制站系
图２航迹显示图
统能很好地实现了各部分功能，同时也具有较强的实时性。并且由于整个系统是基于ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０环境开发的可视化软件，具有良好的可扩充性，可以适用于不同的无人飞行器，通用性很强。
参考文献（略）
（收稿日期２００５－０８－２９）
上图是一次测试飞行过程（未加飞机方程模型）后的航迹显示图，电子地图上数字小图标是事先航迹规划的航程点，窗体左下角状态栏中显示的是鼠标所在点的经纬度信息。经过实际联调测试，系统能实时进行航迹显示，能重复进行航迹规划，并能根据
２００６年６月
第４２卷第３期
航空精密制造技术
ＡＶＩＡＴＩＯＮＰＲＥＣＩＳＩＯＮＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｊｕｎ．２００６Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．
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无人机地面控制站系统的应用研究
吴益明１，卢京潮２，魏莉莉２，潘文平２
（１．上海航天技术研究所，上海２００２３３
２．西北工业大学自动化学院，陕西西安７１００７２）
［摘要］研究了一套功能完善的无人机地面控制站系统，由地面飞控站和地面导航站两部分组成。地面飞
控站通过无线电链路直接与无人机自动驾驶仪进行通信；地面导航站是地面控制站的一个航迹系统，运用以太网实现它与地面飞控站之间的通信。
［关键词］无人机；地面飞控站；地面导航站；串口；以太网；电子地图［中图分类号］Ｖ２７９
［文献标识码］Ｂ
［文章编号］１００３－５４５１（２００６）０３－００４８－０３
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＵＡＶＧｒｏｕｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＵＡＶＧｒｏｕｎｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ
ＷＵＹｉ－ｍｉｎｇ，ＬＵＪｉｎｇ－ｃｈａｏ，ＷＥＩＬｉ－ｌｉ，ｅｔａｌ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００７２）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｉｍａｇｅｆｉｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｄａｔａｂａｓｅＩ／Ｏａｎｄｓｅｃｏｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｉｇｉｔａｌｍａｐｉｎｓｏｆｔｗａｒｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｔｉｔｉｍｅ－ｑｕｅｒｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅａｎｉｎｇｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅａｌｉｚｅｄｅｘｐｅｃｔｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｑｕａｌｉｔｙｄｕｒｉｎｇｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｇｒｏｕｎｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎ；ｆｉｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｄａｔａａｃｃｅｓｓｏｂｊｅｃｔ；ｄｉｇｉｔａｌｍａｐ
无人机系统中的地面控制站系统是在无人机应用发展过程中逐步提出的［１］，现代无人机已经从原来单一战斗任务中脱身而出，装载了各种用途的设备。为了能够更好地遥控操作无人机，人们采用了各种形式的地面控制站系统，以便对无人机的飞行状态和任务设备等进行实时监控。一般而言，地面控制站系统是一个具有遥测数据的实时采集、遥控指令的实时发送和飞行航迹的实时显示等功能的监控系统。该系统是无人机系统中的重要环节，它的好坏直接影响着整个系统的性能。
本文研究了一套功能完善的地面控制站系统。它由地面飞控站和地面导航站两个部分组成，用两台ＰＣ机来分别实现，系统示意图见图１。其中承载地面飞控站功能的ＰＣ机是系统服务端，遥测数据
的实时采集分析、遥控指令的定时发送等都在其上实现；承载地面导航站功能的ＰＣ机是系统客户端，实现在电子地图上显示航迹和数据保存记录等功能。以上两部分的功能程序都是在ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０环境下进行开发，所以都是基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的程序设计，具有友好的界面，简便的操作等特点。
图１地面控制站系统示意图
开发中主要难点是对电子地图的操作，由于电子地图是由许多层构成，每一个层对应着许多地理
《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第３期
信息，所以首先必须明确层的概念和关系，以及坐标之间的转换，否则很难实现航迹系统的功能。以下详细介绍各部分功能的研究与实现。
ＣＤｉａｌｏｇ）
／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）
ＯＮ＿ＭＥＳＳＡＧＥ（ＷＭ＿ＣＯＭＭ＿ＲＸＣＨＡＲ，ＯｎＣｏｍｍ）
／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰ
ＥＮＤ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（）
接着在主对话框的源文件中再加入函数
１
１．１
地面飞控站的研究与实现
任务设计
地面飞控站的主要任务是实时采集分析遥测数
ＯｎＣｏｍｍ（ＷＰＡＲＡＭｃｈ，ＬＰＡＲＡＭｐｏｒｔ）的实现，就可
以对接收到的数据进行处理了，可以不同形式显示。其中，ＷＰＡＲＡＭ、ＬＰＡＲＡＭ类型是多态数据类型，在
据、定时发送遥控指令以及向地面导航站实时发送飞机位置数据。具体设计如下：
由于地面飞控站与自动驾驶仪之间的无线电通信接口协议是ＲＳ４２２，所以设计用串口来实现它们之间的通信。每个串口既能发送数据又能接收数据，是一个全双工的通信工作方式，正好能实现遥测数据接收和遥控指令发送两部分功能。然后，对于地面飞控站和地面导航站之间的通信，为了有很高的可靠性和很强的实时性，选用面向连接的流方式即
ＷＩＮ３２中为３２位，支持多种数据类型，能根据需要
自动适应，这样程序有很强的适应性。
实现网络通信功能：网络通信方式一般有面向连接的流方式即ＴＣＰ／ＩＰ协议和无连接的数据报文方式即ＵＤＰ协议。为了满足强实时性和高可靠性的通信要求，选用了面向连接的流方式，网络通信速率可达到１０Ｍ以上。
ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络通信方式。
１．２功能实现
实现串口通信功能：为了根据实际要求可以方便程序的改进，选用了多线程串口编程工具
２
２．１
地面导航站的研究与实现
任务设计
根据实际项目的任务要求，设计了４种工作模
ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类［３］，和ＭＳＣｏｍｍ控件相比，这个类打包
时，不需要加入其他的文件，而且函数都是开放透明的。ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类是一个基于多线程的类，其工作流程具体如下：首先设置好串口参数，然后开启串口监测工作线程，串口监测工作线程监测到串口接收到的数据、流控制事件或其他串口事件后，就以消息方式通知主程序，激发消息处理函数来进行数据处理，这是对接收数据而言；对于发送数据，可直接向串口发送。在ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类中有多个串口事件可以响应，只需处理ＷＭ＿ＣＯＭＭ＿ＲＸＣＨＡＲ消息。该消息处理函数需要人工添加，所以在主对话框的头文件中加入该响应函数的声明：
航迹规划、航迹再现和数据处理。式：航迹显示、
２．１．１航迹显示模式
当无人机进行实际飞行时，尤其在调试飞行阶
段，知道飞机的实际航线是否与规划设定的航线重合或者偏离设定航线的距离到底有多大这些信息是非常重要的，所以航迹显示模式是一个很重要的环节。通过以太网通讯，航迹系统从地面控制站实时获取由自动驾驶仪下传来的ＧＰＳ定位遥测信息，解析得到无人机的经纬度等信息，在电子地图上实时显示，使得操作者可以直观地得到无人机的位置信息。航迹显示过程中还应保存相应的数据，以便在航迹再现模式中使用。
／／Ｇｅｎｅｒａｔｅｄｍｅｓｓａｇｅｍａｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）
ａｆｘ＿ｍｓｇＬＯＮＧＯｎＣｏｍｍ（ＷＰＡＲＡＭＬＰＡＲＡＭｐｏｒｔ）；
／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ
在主对话框的源文件中加入该消息的映射：
２．１．２
ｃｈ，
航迹规划模式
为了使无人机能够实现全自主飞行，需要提前
进行任务航线规划即航迹规划。在电子地图上随着鼠标的移动，鼠标所在位置可以同时显示出地图上该点的经纬度信息，此时点击鼠标即将该点自动追加为航线中新的航程点，这样的操作明显地方便了
ＢＥＧＩＮ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ，
无人机地面控制站系统的应用研究
操作人员，大大缩短了航迹规划所需的时间。当航迹规划完后，同样通过以太网通讯将航迹规划数据打包发送到地面控制站，然后由地面控制站通过无线电链路将数据传送给自动驾驶仪。
迹。地图／屏幕坐标转换函数的原型如下：
／／将屏幕坐标转换为地图坐标
ｍ＿Ｍａｐ．ＣｏｎｖｅｒｔＣｏｏｒｄ（＆ＳｃｒｅｅｎＸ，＆ＳｃｒｅｅｎＹ，＆ＭａｐＸ，＆ＭａｐＹ，ｍｉＳｃｒｅｅｎＴｏＭａｐ）；／／将地图坐标转换为屏幕坐标
ｍ＿Ｍａｐ．ＣｏｎｖｅｒｔＣｏｏｒｄ
（＆ＳｃｒｅｅｎＸ，＆ＳｃｒｅｅｎＹ，
＆ＭａｐＸ，＆ＭａｐＹ，ｍｉＭａｐＴｏＳｃｒｅｅｎ）；
添加航迹显示函数，在视图的头文件中加入响应函数的声明：
２．１．３航迹再现模式
在无人机的实际飞行过程中获得并保存数据之
后，通过航迹再现模式可以得到与航迹显示模式完全相同的视觉效果，离线地再现无人机某一次飞行的全过程，方便了对无人机的飞行状况及任务执行状况的分析。航迹再现模式中提供了回放速度控制的功能，可以常速或双倍速来进行航迹的再现。
／／Ｇｅｎｅｒａｔｅｄｍｅｓｓａｇｅｍａｐｆｕｎｃｔｉｏｎｓ／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）ａｆｘ＿ｍｓｇｖｏｉｄＯｎＴｏｏｌＴｒａｃｅ（）；／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ
在视图的源文件中加入该消息映射：
２．１．４数据处理模式
无人机系统中允许搭载各种不同的任务载荷，
有些设备是通过一个单独的无线信道直接进行数据传输的，并且地面有专用设备予以接收，无需航迹系统进行处理，例如摄像机、照相机等。但是，也有一些设备是通过无人机的无线电链路传输数据的，例如核探测仪器等。不仅如此，这些设备还要求地面控制站能够记录、保存相关数据，并能够在电子地图上显示出相应的信息。因此，航迹系统提供了第４种工作模式即数据处理模式，专门用于对传感器数据进行分析处理。
ＢＥＧＩＮ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ，
ＣＤｉａｌｏｇ）
／／｛｛ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰ（ＣＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴｅｓｔＤｌｇ）ＯＮ＿ＣＯＭＭＡＮＤＯｎＴｏｏｌＴｒａｃｅ）
／／｝｝ＡＦＸ＿ＭＳＧ＿ＭＡＰＥＮＤ＿ＭＥＳＳＡＧＥ＿ＭＡＰ（）
接着在视图的源文件中加入ＯｎＴｏｏｌＴｒａｃｅ（）函数对于航迹的实现，就可以实现飞行航迹的显示功能。规划、航迹再现和数据处理部分的函数添加方法雷同于航迹显示部分。
（ＩＤ＿ＴＯＯＬ＿ＴＲＡＣＥ，
２．２功能实现
首先，编制一个以太网通信程序（同地面飞控
站），再在程序中加进设置服务器ＩＰ地址的源码。
其次，实现电子地图的地图功能。
在ＶｉｓｕａｌＣ＋＋中调用ＭａｐＸ类，即导入ＭａｐＸ．ｈ和ＭａｐＸ．ｃｐｐ两个文件。不要采取从Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单中选择ＡｄｄＴｏＰｒｏｊｅｃｔ－＞ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＡｎｄＣｏｎｔｒｏｌｓ命令加载ＭａｐＸ控件的方式，因为这样创建的源文件没能包括所有的ＭａｐＸ对象。然后在视图中载入电子地图，它是一个扩展名为＊．ｇｓｔ的文件，可以通过最后运用ＭａｐＸ的对象的ＭａｐＩｎｆｏ地图软件来生成。
属性和方法，可以很方便地实现地图的放大、缩小和漫游等基本功能。
最后，实现４种工作模式的功能。
航迹显示部分：调用地图／屏幕坐标转换函数，将接收过来的ＧＰＳ经纬度（即地图上经纬度坐标）转换为窗口中对应的坐标值（即屏幕上设备坐标），而后根据屏幕上的设备坐标绘制出对应的飞行航
３系统的联调测试
在地面飞控站的软件中，由４个无模式对话框
分别对四副帧的遥测数据进行了实时采集分析，其中重要的姿态数据由航空仪表来辅助显示，并设置了安全警报系统，完成了实时获取、分析、显示遥测数据及辅助安全监控的功能。遥控指令均由点击式按钮来进行操作，一些重要指令按钮，为了防止误操作，设置了保护措施，如自毁按钮，当点击一下就会弹出一个确认对话框。在实际系统联调测试中，地面飞控站的各部分功能得到了很好地实现，同时也具有较强的实时性。
地面导航站的软件界面如图２所示。
（下转第５３页）
《航空精密制造技术》２００６年第４２卷第３期
"累加后的预测值可以表示成&
!（１）（ｋ＋１）＝（ｘ（１）（０）－ｕ／ａ）ｅ－ａｋ＋ｕ／ａ，ｘ!（１（ｋ）＝（ｘ（１）（０）－ｕ／ａ）ｅ－ａ（ｋ－
ｘ
１）
＋ｕ／ａ，
（１）!（１）（ｋ＋１）＋ε!（１）
ｘ（１）（ｋ＋１）＝ｘｋ＋１，ｘ（ｋ）＝ｘ（ｋ）＋εｋ，εｋ，εｋ＋１是
图２ＧＭ（１，３）曲线及相对误差曲线
误差。
３结果分析
以下是对于这一结果的详细分析。
!（０）（ｋ＋１）＝（ｘ（０）（１）－ｕ／ａ）ｅ－ａｋ（１－ｅａ），ｘ（０）（ｋ＋１）＝ｘ!（０）则有ｘ（ｋ＋１）＋εｋ＋１－εｋ
可以看到ＧＭ模型实质上还是一种指数型拟合，累加生成不能够减小预测模型的误差等级。
灰色预测ＧＭ模型只能适合对精度要求不高的场合，它计算简便，但是模型太过简化，不能够充分利用历史数据。而神经网络的精度可以达到很高，因此将神经网络与灰色系统结合起来将会是一个很好的选择。
"灰色理论的ＧＭ模型中的累加生成相当于初!
始点不变，步长为１的定积分。
"为了满足正数要求而对序列作正向平移操作#
或是做多次的累加生成后，光滑比（可能会变得更符
合要求，预测结果与实际值的相对误差也会减少，但做了还原之后，误差又会增大。这说明对序列的变换只能更方便地发现其内部规律，而变换后的还原，模型误差也不会减小。
４结论
灰色预测理论ＧＭ模型是粗糙的指数模型，因
"大规模定制的质量控制中，数据的震荡性严$
重，因此需要对其进行变换，符合光滑比的要求后，才能进行ＧＭ（１，Ｎ）模型的建模，否则预测的误差将会非常大。
此它在大规模定制质量控制中的应用会有很大的局限。ＧＭ（１，Ｎ）模型更是很难在ＭＣＭＱＣ中得以应用，因此只能慎重地采用统一化后应用ＧＭ（１，１）模型。将灰色系统与神经网络的结合，有望综合这两者的优点，更加适合大规模定制生产的质量控制的要求。
参考文献（略）
（收稿日期２００５－０８－１０
）
!的计算其实是一种非常巧"ＧＭ模型中的Ｂ、%ａ
妙的最小二乘的直线拟合，它的计算简便。与不进行累加生成直接用指数曲线拟合相比，大大减小了计算量。（上接第５０页）
实际需要规划一些特殊的遥控指令信息（如ＮＡＶＴＯ指令等）。测试过程中，对于重要数据都给予了保存，能方便地进行航迹再现和数据处理工作。
４结束语
通过系统的实际联调测试，该套地面控制站系
图２航迹显示图
统能很好地实现了各部分功能，同时也具有较强的实时性。并且由于整个系统是基于ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０环境开发的可视化软件，具有良好的可扩充性，可以适用于不同的无人飞行器，通用性很强。
参考文献（略）
（收稿日期２００５－０８－２９）
上图是一次测试飞行过程（未加飞机方程模型）后的航迹显示图，电子地图上数字小图标是事先航迹规划的航程点，窗体左下角状态栏中显示的是鼠标所在点的经纬度信息。经过实际联调测试，系统能实时进行航迹显示，能重复进行航迹规划，并能根据