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

地面控制站（GCS）通常位于作戰(zhàn)區(qū)或戰(zhàn)場區(qū)域或附近，也可以位于單獨(dú)的受控基地。他們執(zhí)行的驚人壯舉是由復(fù)雜的地面控制站控制和監(jiān)控的，有時(shí)距離飛機(jī)飛行的地方數(shù)千英里。

無人駕駛車輛是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，它們對(duì)于提供監(jiān)視，偵察和精確打擊能力至關(guān)重要。無論是天空還是地面，無人駕駛車輛都在戰(zhàn)場上以及國內(nèi)增長，供執(zhí)法，天氣監(jiān)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(jì)算機(jī)，也可以是基于嵌入式計(jì)算平臺(tái)的定制系統(tǒng)。

無線數(shù)據(jù)鏈路子系統(tǒng)提供與無人駕駛車輛的遠(yuǎn)程通信。遙測數(shù)據(jù)、命令和傳感器數(shù)據(jù)（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(shù)字無線電以及蜂窩通信，工作范圍可達(dá)數(shù)百公里。

GCS將具有一個(gè)或多個(gè)屏幕，這些屏幕可能具有高亮度或防眩光結(jié)構(gòu)，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(jī)有效載荷饋送，飛行參數(shù)和各種其他信息。無線數(shù)據(jù)鏈路將與無人駕駛車輛上的控制模塊通信，該模塊將調(diào)整轉(zhuǎn)子，油門和GCS內(nèi)置的控制系統(tǒng)可能包括飛機(jī)和/或有效載荷的操縱桿，油門控制器以及鍵盤和鼠標(biāo)。

地面控制站作為網(wǎng)絡(luò)樞紐

地面控制站在無人機(jī)中起著核心作用，GCS充當(dāng)無人駕駛飛機(jī)有效載荷產(chǎn)生的情報(bào)，監(jiān)視和偵察（ISR）數(shù)據(jù)的樞紐。

傳感器生成的視頻和其他數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈路下載到GCS，然后這些信息 - 近乎實(shí)時(shí) - 被傳播給戰(zhàn)場部隊(duì)，其他機(jī)構(gòu)等。這些相同的組還可以向GCS發(fā)送信息以上傳到飛機(jī) - 例如提供無人駕駛車輛的特定坐標(biāo)或?qū)π履繕?biāo)進(jìn)行打擊。

典型的地面控制站有兩個(gè)控制臺(tái) - 一個(gè)用于飛機(jī)操作員，另一個(gè)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(jī)，他可以使用鼠標(biāo)和鍵盤命令更改紫外線，因?yàn)闄C(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)際上是在操縱控制面。任務(wù)計(jì)劃是預(yù)先加載的，因此可以想象飛機(jī)操作員可以坐下來監(jiān)控他的移動(dòng)地圖顯示，而不會(huì)中斷任務(wù)。

但是，這種情況很少發(fā)生，因?yàn)闆]有任務(wù)可以完全預(yù)測。自主程度或飛行員互動(dòng)通常取決于任務(wù)與任務(wù)的基礎(chǔ)。他指出，大多數(shù)情況下，無人機(jī)操作員是前任或現(xiàn)任飛行員，因此他們接受空中交通管制操作和飛行動(dòng)力學(xué)方面的培訓(xùn)。

飛行員通常使用兩個(gè)任務(wù)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(dòng)并運(yùn)行了至少兩個(gè)其他顯示器，顯示多個(gè)聊天室。傳感器操作員還有兩個(gè)顯示器 - 一個(gè)顯示傳感器狀態(tài)，另一個(gè)顯示飛行路線，就像飛行員一樣，還有兩個(gè)用于聊天室的監(jiān)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(xué)和Lynx合成孔徑雷達(dá)（SAR）的所有情報(bào)，并與戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)上的其他人接口。這使飛行員和有效載荷操作員具有態(tài)勢(shì)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(xùn)，以處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，并將來自無人駕駛車輛的傳入情報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給情報(bào)分析師，指揮中心，現(xiàn)場部隊(duì)進(jìn)行分析。現(xiàn)在有一種趨勢(shì)是讓有效載荷操作員接受情報(bào)分析員的培訓(xùn)，這樣，如果他看到需要立即利用的關(guān)鍵事情，并“提醒戰(zhàn)場上的部隊(duì)以及分析中心的時(shí)間敏感目標(biāo)，節(jié)省時(shí)間。

有效載荷操作員通過在線聊天室與網(wǎng)絡(luò)中的其他人進(jìn)行通信，類似于許多消費(fèi)者在其家用計(jì)算機(jī)上使用的即時(shí)消息服務(wù)。

例如，UV的電光系統(tǒng)可能正在通過喀布爾跟蹤***或其他目標(biāo)，并且此人可能接觸到其他機(jī)構(gòu)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(zhàn)中心（AOC），以便在其他任務(wù)中可能被利用， 他繼續(xù)說道。

Ames說，這些圖像和傳感器數(shù)據(jù)將由有效載荷操作員傳播到廣域網(wǎng)（WAN），某些部門或機(jī)構(gòu)的情報(bào)分析師可能會(huì)將感興趣的人或其他目標(biāo)識(shí)別為他們可能在單獨(dú)的獨(dú)立任務(wù)中尋找的數(shù)據(jù)。

這是一種分布式態(tài)勢(shì)感知的形式——改善無人機(jī)操作員、地面部隊(duì)、情報(bào)分析師等的戰(zhàn)場畫面。- 而且近乎實(shí)時(shí)，Ames說。

先進(jìn)的多通道雷達(dá)（AMR）是最新的SAR系統(tǒng)，為GCS操作員和戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)提供有關(guān)下車目標(biāo)的信息。

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

來自長航時(shí)無人機(jī)的持續(xù)情報(bào)流使操作員能夠近乎實(shí)時(shí)地將其提供給世界各地的分析師和機(jī)構(gòu)。

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(tǒng)的Fire Scout無人直升機(jī)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(qū)別在于，船上控制插入船舶的通信網(wǎng)絡(luò)，而地面控制站使用諾斯羅普·格魯曼公司的通信系統(tǒng)。Fire Scout的艦載控制站位于單獨(dú)的目標(biāo)照明雷達(dá)（STIR）所在的房間內(nèi)，并通過內(nèi)部通信系統(tǒng)直接與船舶的空中交通管制進(jìn)行通信，而地面部分使用無線電與空中交通管制進(jìn)行通信。 羅伯茨說，F(xiàn)ire 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(tǒng)與地面部隊(duì)，海軍艦艇和海岸警衛(wèi)隊(duì)通過船舶傳達(dá)情報(bào)。 羅伯茨說，在海上駕駛自主無人直升機(jī)最困難的任務(wù)是在大風(fēng)天將飛機(jī)降落在一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)上。他補(bǔ)充說，在任務(wù)結(jié)束時(shí)，它將懸停在船后，等待來自船的信號(hào)著陸，并使用其儀器確定船的速度及其俯仰/滾動(dòng)和在水中的位置，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)募装逯憽?他繼續(xù)說道，F(xiàn)ire Scout使用一種稱為無人機(jī)通用自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)（UCARS）的系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(jī)的重量，機(jī)組人員就會(huì)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(fā)生故障，著陸可能會(huì)中止，整個(gè)著陸過程都會(huì)受到控制站的監(jiān)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(shè)備。他補(bǔ)充說，對(duì)于控制計(jì)算機(jī)，他們使用運(yùn)行Sun Microsystems的Solaris操作系統(tǒng)的Themis Computer RES-32系統(tǒng)。

Themis RES-32s采用三機(jī)架單元機(jī)箱，使用Sun Microsystems 1.28GHz UltraSPARC IIIi處理器，具有XVR-1200高性能顯卡，可實(shí)現(xiàn)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(xiàn)成的網(wǎng)卡，I / O，外圍設(shè)備和其他增值設(shè)備輕松擴(kuò)展。

人為因素

在設(shè)計(jì)下一代控制站時(shí)，操作員有很多投入。大屏幕顯示——飛機(jī)操作員和任務(wù)有效載荷操作員各有兩個(gè)屏幕，一個(gè)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(tǒng)，可在五分鐘內(nèi)從裝在作戰(zhàn)人員背上的背包中的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為可操作系統(tǒng)。

當(dāng)子彈飛來飛去時(shí)，操作員需要系統(tǒng)簡單易懂，數(shù)據(jù)易于理解。這些單位的操作員不需要飛行員培訓(xùn)，他們是特種部隊(duì)操作員或海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的小單位的一部分，單位中的每個(gè)人都接受過交叉訓(xùn)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(jī)的旋鈕/轉(zhuǎn)盤組成。他補(bǔ)充說，另一名操作員使用筆記本電腦收集從飛機(jī)下載的情報(bào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并傳播到戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)。

整個(gè)地面控制系統(tǒng)（GCS）可以裝在戰(zhàn)斗機(jī)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(gè)人操作，但兩個(gè)操作員是首選方法。GCS還可以嵌入到遠(yuǎn)程位置，作為監(jiān)控的指揮中心提供與現(xiàn)場操作員相同的有效載荷監(jiān)控功能。

隨著軍事和商業(yè)部門對(duì)無人系統(tǒng)需求的增加，預(yù)計(jì)對(duì)地面控制站的需求將上升。對(duì)邊境監(jiān)控日益增長的需求也將進(jìn)一步推動(dòng)市場。預(yù)計(jì)GCS服務(wù)將成為推動(dòng)軍用GCS市場的主要因素之一，因?yàn)榇蠖鄶?shù)GCS的尺寸較大，并且由于其運(yùn)行的惡劣環(huán)境而需要定期維護(hù)。另一方面，整合地面控制站以控制多個(gè)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(jù)系統(tǒng)，軟件部門估計(jì)在預(yù)測期內(nèi)將以更高的速度增長。軟件部分包括GCS用于操作無人系統(tǒng)及其有效載荷的軟件。隨著無人系統(tǒng)應(yīng)用的增加，對(duì)附加功能的需求也將上升，預(yù)計(jì)將推動(dòng)GCS市場。根據(jù)服務(wù)，集成部分估計(jì)將在2017年主導(dǎo)地面控制站市場。這種主導(dǎo)地位主要?dú)w因于由于無人機(jī)應(yīng)用的增加和模塊化系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)添加新功能的需求。

編輯：黃飛