基于Flexray總線的車載指揮控制任務計算機的設計與實現(xiàn)

0 引言
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，無人機相對有人機而言具有低成本、零傷亡、高機動、可重復使用等諸多優(yōu)勢，其使用范圍已擴展到軍事、民用等領域。在軍事上可用于偵察、監(jiān)視、通信中繼、電子對抗、戰(zhàn)果評估等；在民用上可用于大地測量、氣象觀測、城市環(huán)境監(jiān)測、地球資源勘探、森林防火、核污染生化污染區(qū)的取樣與監(jiān)控等。無人機系統(tǒng)通常由機載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈和地面站組成。
地面站是無人機系統(tǒng)的中樞，它的主要功能包括：任務計劃、飛行控制、信息處理顯示、目標檢測和定位、數(shù)據(jù)記錄等。車載地面站由于其機動性好、便于快速部署、可迅速到達任務區(qū)域附近而受到用戶青睞。但車載地面站面臨高低溫、高濕、沖擊、振動、電磁輻射干擾等惡劣環(huán)境，以及對其性能、體積、重量、功耗等的苛刻要求，普通的商用計算機無法滿足車載環(huán)境要求及控制的實時性要求。 本文針對某車載無人機地面站的需求，提出了一種指揮控制計算機設計方案及實現(xiàn)方法。

1 系統(tǒng)功能分析
無人機地面站指揮控制計算機用于無人機的跟蹤和指令控制。它通過無線電接收機接收無人機遙感傳送的圖像信號，經(jīng)圖像處理后送給車載地面站的駕駛員，同時由指揮控制計算機進行圖像貯存。 車載地面站的駕駛員可對無人機的飛行及其任務的執(zhí)行進行監(jiān)視，通過地面站的指令發(fā)射機可向無人機發(fā)出控制指令，無人機接收后按照命令可不斷調整飛行路線，完成任務。圖1為車載無人機地面站指揮控制計算機的系統(tǒng)交聯(lián)圖。

車載指揮控制計算機是車載地面站的核心，是系統(tǒng)正常有序工作的重要控制部件。指揮控制計算機負責組織管理車載地面站內部設備，使地面站內各設備能夠有序協(xié)調工作，并通過FlexRay總線與車載電子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，保障地面站捕獲無人機發(fā)回的任務區(qū)域圖像信號，及時將地面站駕駛員的操控指令發(fā)射至無人機。其主要功能如下：
(1)進行地面站與車載電子系統(tǒng)之間的信息交換；
(2)采集駕駛員發(fā)出的操控指令，并將指令傳送至指令發(fā)射機，由指令發(fā)射機調制后發(fā)射至無人機，同時將操控指令發(fā)送給記錄器進行記錄；
(3)控制指令發(fā)射機、圖像接收機天線伺服系統(tǒng)轉動，使天線主波瓣對準無人機以獲得最佳的信號強度；
(4)采集圖像接收機傳送來的圖像數(shù)據(jù)信號，并將圖像顯示在車載顯示器上，同時將圖像記錄在記錄器上；
(5)控制地面站內各設備的自檢和周期性監(jiān)測。

2 車載指揮控制計算機系統(tǒng)結構設計
隨著車載計算機的體積小型化、功能多元化和操作實時化，要求新一代無人機地面站指揮控制計算機必須是體積小、重量輕、功耗低的、可支持多任務實時操作系統(tǒng)的嵌入式計算機。根據(jù)指揮控制計算機的功能性能要求，可將指揮控制計算機劃分為處理器模塊、接口模塊、顯示模塊、通信模塊、電源模塊等5個功能模塊，各功能模塊通過CPCI總線進行通訊。