基于通信卫星的无人机数据链通用接入系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于通信卫星的无人机数据链通用接入系统，应用在通信卫星控管中心，包含多线程多任务处理模块、网络分发模块和IPC数据交换模块，所述网络分发模块被配置为为各数据发送方与数据接收方离线配置端口以及IP地址；所述多线程多任务处理模块被配置在接收到数据发送方发送的数据后，创造主控进程，该主控进程由多个线程组成，通过线程对接收到的数据进行拆分，重新打包成数据接收方所需的数据帧格式；所述IPC数据交换模块被配置为对各进程中的多线程进行调度。本发明专利技术避免了各无人机地面站分别建设相关协议转换模块，有利于提高链路接入效率，提升无人机互操作水平，且符合通信星通信传输协议要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机系统一体化控制技术，解决通信卫星通信数据链在无人机地面控制站中的通用化接入问题。由于卫星通信数据链采用固定式地面数据终端，该技术创新性地接入通用接口转换单元，融合不同无人机测控协议，满足不同种类无人机的通用接入需求。技术背景无人机数据链是连接无人机和地面指挥控制站系统的唯一纽带，决定了无人机系统遂行任务的效能，是全系统“无人”价值的最重要体现。在通信卫星通信链路的实际使用中，为了接入通信卫星通信链路，无人机地面控制站首先需要向卫星资源管理中心发送卫星资源使用申请，由卫星资源管理中心统一调度资源后回复卫星资源申请结果和使用计划。根据使用计划，地面控制站需要将遥控传输帧转换为卫星资源管理中心统一的前向数据传输帧，并接收卫星资源管理中心回传的返向用户数据，转换为无人机地面站的用户既定协议格式。不同类型的无人机地面站都需要知悉通信卫星的传输格式，并专门针对该传输协议开发各自的接口转换模块，造成相关装备的重复性开发，分立的通信卫星接入方法造成各作战节点相互独立，不利于管理。随着无人机地面控制站的通用化发展，亟需一种通用的接口转换方法和通信卫星数据链接入手段，提高通信卫星通信链路的接入效率。
技术实现思路
为了给用户中心提供一个快速接入通信卫星系统的平台，满足信息的快速传输和共享的战术要求，本专利技术的专利技术目的在通信卫星控管中心设置基于通信卫星的无人机数据链通用接入系统，在此无人机数据链通用接入系统中通过融合无人机的测控标准，避免各无人机地面站分别建设相关协议转换模块，有利于提高链路接入效率，提升无人机互操作水平，且符合通信星通信传输协议要求。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于通信卫星的无人机数据链通用接入系统，应用在通信卫星控管中心，包含多线程多任务处理模块、网络分发模块和IPC数据交换模块。所述网络分发模块被配置为为各数据发送方与数据接收方离线配置端口以及IP地址；所述多线程多任务处理模块被配置在接收到数据发送方发送的数据后，创造主控进程，该主控进程由多个线程组成，通过线程对接收到的数据进行拆分，重新打包成数据接收方所需的数据帧格式；所述IPC数据交换模块被配置为对各进程中的多线程进行调度。进一步，所述网络分发模块采用Socket为各数据发送方与数据接收方离线配置端口以及IP地址，对图像数据、视频数据进行TCP协议处理，对语音数据、遥控数据、遥测数据进行UDP协议处理。进一步，所述IPC数据交换模块采用Linux对各进程中的多线程进行调度。本专利技术中有以下三个主要的技术要点。(1)多线程多任务处理，在传统的操作系统中，进程是系统资源分配和处理机制的基本单位，一个进程让另一个实体做某个事务需要通过fork派生子进程进行处理，需要将父进程的内存对象拷贝给子进程，代价比较“昂贵”。线程对于实现多功能信息综合处理与分发功能来讲非常有意义,它不再需要复杂的IPC通信方式维护进程之间的数据交换,同时多个线程也可以独立、并行的执行。线程也被称为轻权进程,它是进程中的一条执行路径,每个进程内允许包含多个并发执行的路径。多线程系统中它是操作系统进行处理机调度的基本单位,同一个进程中的线程共享进程获得的主存空间和资源,它们驻留在相同的地址空间,可以存取相同的数据,允许运行在不同的CPU上。与进程相比线程有如下优点:(1)切换速度快,(2)系统开销少,(3)通信易与实现,(4)并行程度高,(5)节省内存空间。(2)可配置的网络分发，无人机地面站主要通过以太网和无人机系统其他分系统进行数据交互，本文主要介绍了利用Socket实现Linux与Linux以及Linux和Windows跨平台网络通信。Socket是对应TCP/IP协议最具典型的应用开发接口。作为网络应用编程界面，Socket隐藏了网络底层复杂的结构和协议，使得编程人员可以简单地对网络进行操作。Socket主要有两种通信方式，第一种叫对流方式，也称面向连接方式，在这种方式下，通信进程之间要先建立一种虚拟的连接，这种方式对应的是TCP协议，其传输特点是通信可靠性，按发送的顺序接收数据；数据被看作是字节流，无长度限制。第二种叫做数据报方式，又称无连接方式，它提供无连接服务，对应的是UDP协议，这种方式不提供数据无错保证，数据可能丢失或重复，并且接受顺序混乱，报文的长度是有限的。socket编程原理基于套接字的系统调用。应用程序首先必须通过系统调用socket()创建套接字，然后调用bind()将套接字地址与所创建的套接字联系起来。通过connect()和accept()两个系统调用建立套接字的连接，其中connect()用于建立连接，accept()用于使服务器等待来自客户的实际连接。listen()用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。当一个连接建立后，就可以使用系统调用send()和recv()发送和接收数据了。最后调用closesocket()关闭套接字，并释放所分配给套接字的资源。基于Socket进行网络通信设计，主要采用了基于连接的C/S模型和基于数据报的C/S模型(如图1所示)，由于基于Socket的网络通信具有与平台、语言无关的特点，实现网络通信的可配置性和通用性，结合ini配置文件对通信网络进行离线端口以及IP地址配置，实现跨平台通信并增加了网络通信的灵活性。(3)实时调度策略，Linux本身虽然提供两种实时调度策略FIFO(先来先调度)和RR(轮换制调度)，虽然这两种实现都比较简单，并没有从实际上提高实时处理机制，所以需要对调度策略进行一定的修改来提高实时处理的能力。要提高网络数据实时处理性能，主要是缩短发送数据和接收数据以及转发数据的处理时间，Linux是一种基于优先级调度策略的操作系统。Linux将进程分成两种类型，实时进程和非实时进程。对于实时进程采用优先级的轮转法调度和基于优先级的先入先出服务调度。对于非实时进程采用了基于优先级的轮转法调度实时进程的优先级比非实时进程的优先级的基数要高1000。Linux通过优先级基数设定实现了分级，实时进程和非实时进程同在一个调度队列，但实际已被分成了两级，即实时进程优先级绝对高于非实时进程而会优先得到调度。Linux中，实时进程无论何时进入进程等待队列，都被将排在非实时进程之前。Linux又是一种非抢占式的操作系统，当系统正在执行一个低优先级的任务时，高优先级的任务不能抢占低优先级的任务，而是处于等待状态。高优先级的任务等待时间由低优先级的任务的执行情况决定。所以说，Linux的实时性不仅由实时进程执行时间决定，也由非实时进程的执行时间决定。Linux中断处理机制有其自身的特点，在Linux里，中断处理程序可以分为低级处理部分和高级处理部分。低级处理部分的作用是用来及时响应中断信号，而具体的中断处理工作则交给中断的高级处理部分完成；高级处理工作并不是立即完成，而是将处理程序放在一个特殊的队列中以后再执行。通过这种机制，Linux缩短了对外界请求的响应时间，这可以很大程度减小地面站综合处理系统的响应时间，提高系统响应的灵敏度。附图说明图1为本专利技术的工作原理示意图图2为IPC数据交换模块的工作原理示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于通信卫星的无人机数据链通用接入系统，应用在通信卫星控管中心，包含多线程多任务处理模块、网络分发模块和IPC数据交换模块，其特征在于：所述网络分发模块被配置为为各数据发送方与数据接收方离线配置端口以及IP地址；所述多线程多任务处理模块被配置在接收到数据发送方发送的数据后，创造主控进程，该主控进程由多个线程组成，通过线程对接收到的数据进行拆分，重新打包成数据接收方所需的数据帧格式；所述IPC数据交换模块被配置为对各进程中的多线程进行调度。

【技术特征摘要】
1.一种基于通信卫星的无人机数据链通用接入系统，应用在通信卫星控管中心，包含多线程多任务处理模块、网络分发模块和IPC数据交换模块，其特征在于：所述网络分发模块被配置为为各数据发送方与数据接收方离线配置端口以及IP地址；所述多线程多任务处理模块被配置在接收到数据发送方发送的数据后，创造主控进程，该主控进程由多个线程组成，通过线程对接收到的数据进行拆分，重新打包成数据接收方所需的数据帧格式；所述IPC数据交换模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冰，王伟长，魏春燕，蒋丰亦，朱赟恩，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31