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基于数话同传的无人机车外控制器设计方案解析
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2017-11-29
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无人机是一种有动力、可控制、能承载多种任务设备、执行多种作战任务并可重复使用的战术飞行器，其零伤亡风险和高机动性等优势引起了各国军方的高度重视。无人机飞行过程可简单划分为起飞、高空飞行和降落三部分。高空飞行阶段飞行环境相对稳定，常采用无人机自主飞行方式，无需对其飞行姿态做太多人为干预。但是在起飞和降落阶段无人机的速度变化大，姿态调整频繁，起降场地地形、气候等诸多复杂因素对无人机的安全造成巨大威胁，是无人机实验任务飞行中的事故多发时段，因此在起降阶段进行即时、准确的人为调整是保障无人机飞行安全的重要手段。现阶段部分无人机型号采用有线的车载地面站外部（车外）控制器方式，让地面操作人员通过近距离观察无人机的姿态来实时遥控无人机。
无人机车外控制器使用示意图见图1。
国内车外控制器设计研制之初考虑到地面站内人员和车外人员的交流，加入了语音通信功能，但开始只是应用对讲机进行通话，而对讲机是单工通信机制，通话时易形成竞争；后来部分单位在有线车外控制器的信号传输线缆上增加了模拟语音，实现了车内测控台和车外控制人员的双工通信，而模拟语音容易自激，通话易受干扰［1］。
基于已有无人机系统的应用经验，设计了一种数字语音和遥控数据共同传输的新型无人机车外控制器。本文将对其设计组成、尤其是数话同传技术的实现方法进行详细说明，最后对其测试和应用环境进行介绍。
1 车外控制器的设计组成
1.1 系统设计组成
无人机车外控制器系统设计组成见图2。
（1）车外控制器遥控数据的产生和采集
通过车外操纵手对车外控制器各机构（摇杆、开关和微调）的操纵，引起内部电位器和电开关变化进而引起电信号的变化。变化的电压通过信号调理电路发送到微处理器（MCU），由MCU内部的AD模块进行处理；变化的数字量直接输入到MCU。MCU把当前的遥控数据显示到液晶显示屏上。
（2）车外控制器语音数据的产生和采集
车外操纵手可通过麦克将自己的语音输入到AD模块，数字语音以9.6 kb/s的速率被音频编码器（ENCODER）编码接收，同遥控数据一起被MCU采集，速率为1 Mb/s。
（3）车外控制器遥控和语音数据的传输
遥控和语音数据在MCU中被组成的遥控/语音数据复合帧以20 ms的帧周期更新，通过对外的RS232/RS422可切换接口输出至地面站［2］，便于不同的地面站兼容。
（4）方舱语音数据的接收
由于采用双工通信，地面站方舱内人员的语音数据通过RS232/RS422接口输入到车外控制器的MCU中， MCU对语音数据帧中的语音数据进行提取，以1 Mb/s的速率发送到音频解码器（DECODER）进行解码，以9.6 kb/s的速率输入到DA电路产生模拟语音，语音可通过耳机被车外操纵手接听。
需要说明的是，方舱里内置一个语音采集器，其内部的语音采集、接收和发送模块与车外控制器内部设计原理一致；车外控制器和语音采集器之间可采用长度为120 m的线缆连接，扩大了车外操作手的活动范围。
无人机车外控制器使用示意图见图1。
国内车外控制器设计研制之初考虑到地面站内人员和车外人员的交流，加入了语音通信功能，但开始只是应用对讲机进行通话，而对讲机是单工通信机制，通话时易形成竞争；后来部分单位在有线车外控制器的信号传输线缆上增加了模拟语音，实现了车内测控台和车外控制人员的双工通信，而模拟语音容易自激，通话易受干扰［1］。
基于已有无人机系统的应用经验，设计了一种数字语音和遥控数据共同传输的新型无人机车外控制器。本文将对其设计组成、尤其是数话同传技术的实现方法进行详细说明，最后对其测试和应用环境进行介绍。
1 车外控制器的设计组成
1.1 系统设计组成
无人机车外控制器系统设计组成见图2。
（1）车外控制器遥控数据的产生和采集
通过车外操纵手对车外控制器各机构（摇杆、开关和微调）的操纵，引起内部电位器和电开关变化进而引起电信号的变化。变化的电压通过信号调理电路发送到微处理器（MCU），由MCU内部的AD模块进行处理；变化的数字量直接输入到MCU。MCU把当前的遥控数据显示到液晶显示屏上。
（2）车外控制器语音数据的产生和采集
车外操纵手可通过麦克将自己的语音输入到AD模块，数字语音以9.6 kb/s的速率被音频编码器（ENCODER）编码接收，同遥控数据一起被MCU采集，速率为1 Mb/s。
（3）车外控制器遥控和语音数据的传输
遥控和语音数据在MCU中被组成的遥控/语音数据复合帧以20 ms的帧周期更新，通过对外的RS232/RS422可切换接口输出至地面站［2］，便于不同的地面站兼容。
（4）方舱语音数据的接收
由于采用双工通信，地面站方舱内人员的语音数据通过RS232/RS422接口输入到车外控制器的MCU中， MCU对语音数据帧中的语音数据进行提取，以1 Mb/s的速率发送到音频解码器（DECODER）进行解码，以9.6 kb/s的速率输入到DA电路产生模拟语音，语音可通过耳机被车外操纵手接听。
需要说明的是，方舱里内置一个语音采集器，其内部的语音采集、接收和发送模块与车外控制器内部设计原理一致；车外控制器和语音采集器之间可采用长度为120 m的线缆连接，扩大了车外操作手的活动范围。
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