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，有時距離飛機(jī)飛行的地方數(shù)千英里。

無人駕駛車輛是一個巨大的優(yōu)勢，它們對于提供監(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算機(jī)，也可以是基于嵌入式計算平臺的定制系統(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將具有一個或多個屏幕，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，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 - 被傳播給戰(zhàn)場部隊，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控制臺 - 一個用于飛機(jī)操作員，另一個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)載計算機(jī)實(shí)際上是在操縱控制面。任務(wù)計劃是預(yù)先加載的，因此可以想象飛機(jī)操作員可以坐下來監(jiān)控他的移動地圖顯示，而不會中斷任務(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力學(xué)方面的培訓(xùn)。

飛行員通常使用兩個任務(wù)顯示器 - 普通飛行員駕駛艙顯示器和路線或地圖顯示器。他還啟動并運(yùn)行了至少兩個其他顯示器，顯示多個聊天室。傳感器操作員還有兩個顯示器 - 一個顯示傳感器狀態(tài)，另一個顯示飛行路線，就像飛行員一樣，還有兩個用于聊天室的監(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，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)，以處理計算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，并將來自無人駕駛車輛的傳入情報轉(zhuǎn)發(fā)給情報分析師，指揮中心，現(xiàn)場部隊進(jìn)行分析。現(xiàn)在有一種趨勢是讓有效載荷操作員接受情報分析員的培訓(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)場上的部隊以及分析中心的時間敏感目標(biāo)，節(jié)省時間。

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)者在其家用計算機(jī)上使用的即時消息服務(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)的情報分析師可能會將感興趣的人或其他目標(biāo)識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)勢感知的形式——改善無人機(jī)操作員、地面部隊、情報分析師等的戰(zhàn)場畫面。- 而且近乎實(shí)時，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，是一項新興的軍事和民用監(jiān)視要求。

來自長航時無人機(jī)的持續(xù)情報流使操作員能夠近乎實(shí)時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，海軍艦艇和海岸警衛(wèi)隊通過船舶傳達(dá)情報。 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)降落在一個移動的目標(biāo)上。他補(bǔ)充說，在任務(wù)結(jié)束時，它將懸停在船后，等待來自船的信號著陸，并使用其儀器確定船的速度及其俯仰/滾動和在水中的位置，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，著陸可能會中止，整個著陸過程都會受到控制站的監(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，對于控制計算機(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)計下一代控制站時，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屏幕，一個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，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)，他們是特種部隊操作員或海軍陸戰(zhàn)隊的小單位的一部分，單位中的每個人都接受過交叉訓(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人操作，但兩個操作員是首選方法。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)部門對無人系統(tǒng)需求的增加，預(yù)計對地面控制站的需求將上升。對邊境監(jiān)控日益增長的需求也將進(jìn)一步推動市場。預(yù)計GCS服務(wù)將成為推動軍用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，對附加功能的需求也將上升，預(yù)計將推動GCS市場。根據(jù)服務(wù)，集成部分估計將在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，對添加新功能的需求。

編輯：黃飛