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2023-12-03
关于软件的重要性与未来影响
【摘要】：地面站软件一般不追求功能强大，但是需要稳定运行，不能在飞行过程中发生死机或崩溃的现象，从这点来说Windows并不是最好的选择。无人机是带有多种设备的复杂系统，一旦起飞，所有机载设备的故障都会导致任务失败甚至坠机，所以需要在飞机起飞之前对飞机的全部电子设备进行检测。综合检测软件是飞行器设备故障的最后一道屏障。任务仿真软件是用于模拟任务执行过程的软件。这是减少无人机使用过程中人为故障的最直接的工具。
前面说过了，无人机系统是一个跨多个工业领域的复杂产品，这种产品的核心竞争力在哪里？软件。也许今天大家还在讨论飞控的计算能力、飞机的抗风能力、续航时间，或者拥有多少黑科技等。但是当无人机成为一种常见的标准设备之后，硬件同质化，生产工艺成熟，品质稳定，那么软件就是最后的核心竞争力来源。因为用户体验绝大部分来自对软件的操作，而不是飞机。
无人机系统可以包含很多软件，其中比较常见的有这几种：地面站软件、情报处理软件、综合检测软件、模拟训练软件、任务仿真软件等，软件的品质和人机界面的优劣就成为用户体验差异的来源。
地面站软件
地面站软件一般用来对飞行任务的前前后后进行管理。一般集成电子地图，用来进行飞行的监控和图形化的任务装订；带有遥测信息显示用来实时监控飞机状态、航姿、任务执行情况等；能够发出遥控指令，或者连接操纵杆用于控制飞行器飞行；集成飞行数据分析功能，用于飞行后对飞行过程或者故障进行分析；能够对飞控进行校准和设置等初始化操作。所以地面站软件与飞控的关系更加紧密。
地面站软件一般使用Windows操作系统或者Linux操作系统，专注于娱乐产品也使用苹果的MacOS。地面站软件一般不追求功能强大，但是需要稳定运行，不能在飞行过程中发生死机或崩溃的现象，从这点来说Windows并不是最好的选择。但是因为微软的操作系统可扩展性较好，编程开发平台使用范围比较广泛，相关硬件也比较容易选择，所以对于民用无人机，Windows依然是最普及的操作系统。
地面站软件与飞机通信的协议一般使用串口协议，有明码和十六进制编码两种，高端系统还带有信息加密功能。串口协议本身有不定帧长和定帧长两种格式，不定帧长可以自由安排不同频率的信息下传，但是它的帧头帧尾相对复杂，而且占用带宽不稳定；定帧长协议，每次传输的字符一样多，比较容易对信息进行鉴别和使用，但是信息的安排不够灵活。一般通信协议的一组数据，包含帧头、序列、帧长、信息内容、校验和帧尾等格式。帧头是一帧数据的起始，接收设备通过判断帧头字符来启动一组数据的读取；帧尾是结束，用来判断信息完结位置；帧长信息则用来判断这一组数据的数据量，帧长和帧尾信息只有一个存在即可；序列则用于连接多帧数据组成一个更大的数据帧；信息内容就是要传输的数据；校验则是使用一定算法对整个信息帧进行计算所得到的结果，用来判断此帧数据是否正确完整，一般使用奇偶校验或者CRC校验。
情报处理软件
最简单的情报处理软件具有的功能就是视频的接收、存储和简单地标识处理。复杂的软件包含自动地理信息标识、拼图、三维地图生成，甚至环境分析等功能。这些功能得到的信息是无人机执行任务得到的最终信息。
除了视频应用，目前特别流行的一种新技术就是倾斜摄影。通过机载一个或者一组不同角度的摄像机拍摄照片，并记录拍摄时刻的地理信息位置。然后将这些数据和图片发送到专业软件进行处理，直接生成用于计算机显示的3D效果图。这种信息处理相对直观，应用前景比较广泛，测绘、侦察等行业均需要。但是它也有缺陷，要得到足够的照片，必须要求飞行轨迹能够稳定覆盖，并带有一定的重叠率；且倾斜摄影实时计算难度高，需要计算机系统运算几个小时才能够输出满意的结果。
倾斜摄影生成的3D地图
其他配套软件
综合检测软件是用于飞行前对无人机机载电子设备故障进行检查的软件，当前的民用无人机产品大多忽略这项检查。无人机是带有多种设备的复杂系统，一旦起飞，所有机载设备的故障都会导致任务失败甚至坠机，所以需要在飞机起飞之前对飞机的全部电子设备进行检测。微型无人机的检测可以使用地面站计算机替代，但是中型和大型无人机则应该带有专门的检测设备。该设备能够为全机供电，并检查机载电源系统是否正常；能够读取飞控、载荷等机载设备的自检信息，判断是否带有故障；能够通过指令驱动机载设备执行简单的动作，判断是否故障；然后将检测结果自动生成报表。综合检测软件是飞行器设备故障的最后一道屏障。
模拟训练软件是用于训练用户使用无人机系统的工具软件，它可以连接地面站软件，并带有虚拟的飞行环境和飞行器数字模型。当用户操作地面站软件或遥控器时，能够直观地看到飞行器的各种飞行状态，包括飞行、失控、甚至坠机。高端的模拟训练软件还能够增加风、雨等大气环境干扰飞行，并且能够模拟飞机设备故障，帮助用户学习这些意外状况的处理流程。
任务仿真软件是用于模拟任务执行过程的软件。随着无人机用途越来越广泛，无人机所执行的任务必然越来越复杂，用户需要在完成任务设定之后，使用一个虚拟环境对无人机任务执行状况进行仿真飞行，检验任务设置是否合理，是否带有逻辑错误。这是减少无人机使用过程中人为故障的最直接的工具。
总之无人机系统所需的软件有很多种，针对专业领域要有专业分析软件。未来它们也会走向集成化、人性化，降低操作难度。
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