基于數(shù)話同傳的無人機車外控制器設(shè)計方案解析

無人機是一種有動力、可控制、能承載多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)并可重復(fù)使用的戰(zhàn)術(shù)飛行器，其零傷亡風(fēng)險和高機動性等優(yōu)勢引起了各國軍方的高度重視。無人機飛行過程可簡單劃分為起飛、高空飛行和降落三部分。高空飛行階段飛行環(huán)境相對穩(wěn)定，常采用無人機自主飛行方式，無需對其飛行姿態(tài)做太多人為干預(yù)。但是在起飛和降落階段無人機的速度變化大，姿態(tài)調(diào)整頻繁，起降場地地形、氣候等諸多復(fù)雜因素對無人機的安全造成巨大威脅，是無人機實驗任務(wù)飛行中的事故多發(fā)時段，因此在起降階段進(jìn)行即時、準(zhǔn)確的人為調(diào)整是保障無人機飛行安全的重要手段?，F(xiàn)階段部分無人機型號采用有線的車載地面站外部（車外）控制器方式，讓地面操作人員通過近距離觀察無人機的姿態(tài)來實時遙控?zé)o人機。
　　無人機車外控制器使用示意圖見圖1。
　　
　　國內(nèi)車外控制器設(shè)計研制之初考慮到地面站內(nèi)人員和車外人員的交流，加入了語音通信功能，但開始只是應(yīng)用對講機進(jìn)行通話，而對講機是單工通信機制，通話時易形成競爭；后來部分單位在有線車外控制器的信號傳輸線纜上增加了模擬語音，實現(xiàn)了車內(nèi)測控臺和車外控制人員的雙工通信，而模擬語音容易自激，通話易受干擾［1］。
　　基于已有無人機系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗，設(shè)計了一種數(shù)字語音和遙控數(shù)據(jù)共同傳輸?shù)男滦蜔o人機車外控制器。本文將對其設(shè)計組成、尤其是數(shù)話同傳技術(shù)的實現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)說明，最后對其測試和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行介紹。
　　1 車外控制器的設(shè)計組成
　　1.1 系統(tǒng)設(shè)計組成
　　無人機車外控制器系統(tǒng)設(shè)計組成見圖2。
　　
　?。?）車外控制器遙控數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和采集
　　通過車外操縱手對車外控制器各機構(gòu)（搖桿、開關(guān)和微調(diào)）的操縱，引起內(nèi)部電位器和電開關(guān)變化進(jìn)而引起電信號的變化。變化的電壓通過信號調(diào)理電路發(fā)送到微處理器（MCU），由MCU內(nèi)部的AD模塊進(jìn)行處理；變化的數(shù)字量直接輸入到MCU。MCU把當(dāng)前的遙控數(shù)據(jù)顯示到液晶顯示屏上。
　?。?）車外控制器語音數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和采集
　　車外操縱手可通過麥克將自己的語音輸入到AD模塊，數(shù)字語音以9.6 kb/s的速率被音頻編碼器（ENCODER）編碼接收，同遙控數(shù)據(jù)一起被MCU采集，速率為1 Mb/s。
　?。?）車外控制器遙控和語音數(shù)據(jù)的傳輸
　　遙控和語音數(shù)據(jù)在MCU中被組成的遙控/語音數(shù)據(jù)復(fù)合幀以20 ms的幀周期更新，通過對外的RS232/RS422可切換接口輸出至地面站［2］，便于不同的地面站兼容。
　?。?）方艙語音數(shù)據(jù)的接收
　　由于采用雙工通信，地面站方艙內(nèi)人員的語音數(shù)據(jù)通過RS232/RS422接口輸入到車外控制器的MCU中， MCU對語音數(shù)據(jù)幀中的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，以1 Mb/s的速率發(fā)送到音頻解碼器（DECODER）進(jìn)行解碼，以9.6 kb/s的速率輸入到DA電路產(chǎn)生模擬語音，語音可通過耳機被車外操縱手接聽。
　　需要說明的是，方艙里內(nèi)置一個語音采集器，其內(nèi)部的語音采集、接收和發(fā)送模塊與車外控制器內(nèi)部設(shè)計原理一致；車外控制器和語音采集器之間可采用長度為120 m的線纜連接，擴大了車外操作手的活動范圍。