地面控制站和系統技術實現原理

地面控制站 （GCS） 是允許無人機無人系統、無人水面車輛 （USV） 和無人地面車輛 （UGV） 從遠程位置操作并與控制進行通信和控制的硬件和軟件。這可以通過設置自主操作的參數或允許直接控制無人駕駛車輛來實現。

地面控制站（GCS）通常位于作戰區或戰場區域或附近，也可以位于單獨的受控基地。他們執行的驚人壯舉是由復雜的地面控制站控制和監控的，有時距離飛機飛行的地方數千英里。

無人駕駛車輛是一個巨大的優勢，它們對于提供監視，偵察和精確打擊能力至關重要。無論是天空還是地面，無人駕駛車輛都在戰場上以及國內增長，供執法，天氣監測和NASA用于研究。

GCS如何工作

地面控制站基于處理單元，處理單元可以是具有高性能處理器的計算機，也可以是基于嵌入式計算平臺的定制系統。

無線數據鏈路子系統提供與無人駕駛車輛的遠程通信。遙測數據、命令和傳感器數據（如視頻、圖像和測量值）可能需要在無人駕駛車輛和 GCS 之間傳輸。通信方法包括模擬和數字無線電以及蜂窩通信，工作范圍可達數百公里。

GCS將具有一個或多個屏幕，這些屏幕可能具有高亮度或防眩光結構，以便在明亮的日光下更容易操作。GCS GUI可以顯示地圖屏幕，儀表疊加層，相機有效載荷饋送，飛行參數和各種其他信息。無線數據鏈路將與無人駕駛車輛上的控制模塊通信，該模塊將調整轉子，油門和GCS內置的控制系統可能包括飛機和/或有效載荷的操縱桿，油門控制器以及鍵盤和鼠標。

地面控制站作為網絡樞紐

地面控制站在無人機中起著核心作用，GCS充當無人駕駛飛機有效載荷產生的情報，監視和偵察（ISR）數據的樞紐。

傳感器生成的視頻和其他數據通過數據鏈路下載到GCS，然后這些信息 - 近乎實時 - 被傳播給戰場部隊，其他機構等。這些相同的組還可以向GCS發送信息以上傳到飛機 - 例如提供無人駕駛車輛的特定坐標或對新目標進行打擊。

典型的地面控制站有兩個控制臺 - 一個用于飛機操作員，另一個用于有效載荷操作員。飛行員可以在沒有操縱桿的情況下完全控制飛機，他可以使用鼠標和鍵盤命令更改紫外線，因為機載計算機實際上是在操縱控制面。任務計劃是預先加載的，因此可以想象飛機操作員可以坐下來監控他的移動地圖顯示，而不會中斷任務。

但是，這種情況很少發生，因為沒有任務可以完全預測。自主程度或飛行員互動通常取決于任務與任務的基礎。他指出，大多數情況下，無人機操作員是前任或現任飛行員，因此他們接受空中交通管制操作和飛行動力學方面的培訓。

飛行員通常使用兩個任務顯示器 - 普通飛行員駕駛艙顯示器和路線或地圖顯示器。他還啟動并運行了至少兩個其他顯示器，顯示多個聊天室。傳感器操作員還有兩個顯示器 - 一個顯示傳感器狀態，另一個顯示飛行路線，就像飛行員一樣，還有兩個用于聊天室的監視器。

通用地面控制站有一名飛行員/無人駕駛車輛操作員和一名有效載荷操作員，他們處理來自ISR傳感器，電光學和Lynx合成孔徑雷達（SAR）的所有情報，并與戰場網絡上的其他人接口。這使飛行員和有效載荷操作員具有態勢感知能力。GCS操作員還使用高清顯示器。

有效載荷控制

過去，有效載荷操作員將接受培訓，以處理計算機系統的基礎知識，并將來自無人駕駛車輛的傳入情報轉發給情報分析師，指揮中心，現場部隊進行分析?，F在有一種趨勢是讓有效載荷操作員接受情報分析員的培訓，這樣，如果他看到需要立即利用的關鍵事情，并“提醒戰場上的部隊以及分析中心的時間敏感目標，節省時間。

有效載荷操作員通過在線聊天室與網絡中的其他人進行通信，類似于許多消費者在其家用計算機上使用的即時消息服務。

例如，UV的電光系統可能正在通過喀布爾跟蹤***或其他目標，并且此人可能接觸到其他機構可能一直在跟蹤的紅色車輛或其他物體，因此操作員將其傳遞給聊天室中的其他人，例如空中作戰中心（AOC），以便在其他任務中可能被利用， 他繼續說道。

Ames說，這些圖像和傳感器數據將由有效載荷操作員傳播到廣域網（WAN），某些部門或機構的情報分析師可能會將感興趣的人或其他目標識別為他們可能在單獨的獨立任務中尋找的數據。

這是一種分布式態勢感知的形式——改善無人機操作員、地面部隊、情報分析師等的戰場畫面。- 而且近乎實時，Ames說。

先進的多通道雷達（AMR）是最新的SAR系統，為GCS操作員和戰場網絡提供有關下車目標的信息。

能夠檢測和跟蹤大面積的下馬和緩慢移動的車輛，并將車載視頻傳感器交叉提示到感興趣的區域，是一項新興的軍事和民用監視要求。

來自長航時無人機的持續情報流使操作員能夠近乎實時地將其提供給世界各地的分析師和機構。

船上地面控制站

加利福尼亞州圣地亞哥諾斯羅普·格魯曼航空航天系統的Fire Scout無人直升機擁有基于地面和船上的控制站 地面站和船上站之間的主要區別在于，船上控制插入船舶的通信網絡，而地面控制站使用諾斯羅普·格魯曼公司的通信系統。Fire Scout的艦載控制站位于單獨的目標照明雷達（STIR）所在的房間內，并通過內部通信系統直接與船舶的空中交通管制進行通信，而地面部分使用無線電與空中交通管制進行通信。 羅伯茨說，Fire Scout有效載荷操作員控制激光測距儀等傳感器的不同功能，并通過無線電通信和其他通信系統與地面部隊，海軍艦艇和海岸警衛隊通過船舶傳達情報。 羅伯茨說，在海上駕駛自主無人直升機最困難的任務是在大風天將飛機降落在一個移動的目標上。他補充說，在任務結束時，它將懸停在船后，等待來自船的信號著陸，并使用其儀器確定船的速度及其俯仰/滾動和在水中的位置，以進行適當的甲板著陸。 他繼續說道，Fire Scout使用一種稱為無人機通用自動恢復系統（UCARS）的系統，該系統將“魚叉”射入甲板上直徑7英尺的位置的孔中。一旦魚叉接合并且甲板傳感器拾取飛機的重量，機組人員就會出來并將其鏈條固定下來。羅伯茨說，如果著陸的任何步驟（魚叉或重量傳感器）發生故障，著陸可能會中止，整個著陸過程都會受到控制站的監控。

消防偵察兵控制站上的 COTS 集成

羅伯茨說，消防偵察兵控制站使用COTS電子設備。他補充說，對于控制計算機，他們使用運行Sun Microsystems的Solaris操作系統的Themis Computer RES-32系統。

Themis RES-32s采用三機架單元機箱，使用Sun Microsystems 1.28GHz UltraSPARC IIIi處理器，具有XVR-1200高性能顯卡，可實現3D圖形性能，Themis官員說。公司官員說，RES-32可以通過添加Sun或其他商用現成的網卡，I / O，外圍設備和其他增值設備輕松擴展。

人為因素

在設計下一代控制站時，操作員有很多投入。大屏幕顯示——飛機操作員和任務有效載荷操作員各有兩個屏幕，一個16×9寬高比的高分辨率大屏幕。

便攜式無人駕駛車輛控制站

小型便攜式紫外線控制器是簡單易用的系統，可在五分鐘內從裝在作戰人員背上的背包中的系統轉換為可操作系統。

當子彈飛來飛去時，操作員需要系統簡單易懂，數據易于理解。這些單位的操作員不需要飛行員培訓，他們是特種部隊操作員或海軍陸戰隊的小單位的一部分，單位中的每個人都接受過交叉訓練。

Newbern說，一名操作員使用控制器單元控制無人駕駛車輛，該控制器單元由來自攝像頭的顯示流視頻和用于控制飛機的旋鈕/轉盤組成。他補充說，另一名操作員使用筆記本電腦收集從飛機下載的情報數據，進行分析并傳播到戰場網絡中的其他節點。

整個地面控制系統（GCS）可以裝在戰斗機的褶皺袋中攜帶。沒有筆記本電腦的GCS不到8磅。

可以想象它可以由一個人操作，但兩個操作員是首選方法。GCS還可以嵌入到遠程位置，作為監控的指揮中心提供與現場操作員相同的有效載荷監控功能。

隨著軍事和商業部門對無人系統需求的增加，預計對地面控制站的需求將上升。對邊境監控日益增長的需求也將進一步推動市場。預計GCS服務將成為推動軍用GCS市場的主要因素之一，因為大多數GCS的尺寸較大，并且由于其運行的惡劣環境而需要定期維護。另一方面，整合地面控制站以控制多個無人駕駛車輛是地面控制站市場的主要制約因素之一。

根據系統，軟件部門估計在預測期內將以更高的速度增長。軟件部分包括GCS用于操作無人系統及其有效載荷的軟件。隨著無人系統應用的增加，對附加功能的需求也將上升，預計將推動GCS市場。根據服務，集成部分估計將在2017年主導地面控制站市場。這種主導地位主要歸因于由于無人機應用的增加和模塊化系統的快速發展，對添加新功能的需求。

編輯：黃飛