[发明专利]一种基于通信中间件的地面无人平台控制系统架构

说明书

本发明公开了一种基于通信中间件的地面无人平台控制系统架构，属于地面无人平台自主控制领域。该系统架构由若干实现特定业务的高内聚性功能模块组成，每个功能模块看作控制系统中的一个节点；功能模块又由若干子模块组成，各功能模块之间通过通信中间件进行信息交互，信息以消息的形式进行传递，控制系统全局性信息利用配置文件进行管理；在控制系统运行时，启动各功能模块，各功能模块以特定的数据为输入，经过业务处理后，输出特定的数据，通过各模块之间的协作运行，实现地面无人平台控制系统的业务流程和功能。本发明能够敏捷应对市场对地面无人平台产品功能与性能的多变需求，提高控制系统的可重用性，降低产品开发成本，缩短产品推向市场的时间。

技术领域

本发明属于地面无人平台自主控制领域，涉及一种基于通信中间件的地面无人平台控制系统架构。

背景技术

地面无人平台是一种无乘员的地面移动平台，在控制系统的支持下，能够以遥控、半自主或自主方式运行，并可搭载多样化的任务载荷，完成高风险、枯燥和人员难以到达的工作和任务，在军用和民用领域有广泛的用途。对于地面无人平台而言，控制系统是其最重要的组成部分，它决定了地面无人平台的智能化水平和综合能力。

架构是控制系统的总体集成与组织框架，其设计决策包括控制系统功能模块组成、模块间关系和数据流/控制流的确定、通信协议和接口规范、全局性信息资源管理以及总体调度机制等，它直接影响系统的整体性能。

随着地面无人平台技术成熟度的不断提升，其应用范围越来越广泛，对其功能和能力需求也是多样化的。为了能够敏捷应对多样化的需求，快速开发出满足市场需要的地面无人平台产品，这对地面无人平台控制系统架构提出了很高的要求。首先，控制系统架构要具有良好的扩展性，能够支持功能模块的增量开发，从而可以敏捷应对市场需求；其次，能够及时插入新技术，提升功能模块性能；再次，运行效率高，满足控制系统实时运行需求；最后，架构通用化，协议标准化，复用性好，提升开发效率，降低开发成本，快速推出产品。

针对地面无人平台研制需求，美国国家标准技术研究院提出了4维/实时控制系统(4D/RCS)参考模型架构，它是一种典型的分层递阶式控制系统架构。每层的节点由传感信息处理、世界建模、行为生成等几个模块组成。其中，传感信息处理模块处理传感器获取的外部信息，并作为输入提供给世界建模模块用于构建当前的世界模型，行为生成模块根据世界模型和上层指令以及知识库优化生成本层的行为。由于需要事先设计系统的层次结构，这种架构不适于增量开发，无法根据需求变化即时插入新的功能模块。另外，4D/RCS架构只定义了概念与语义层次上的接口，而在语法、消息和传输层次上没有进行规范化的定义。

无人系统联合架构(Joint Architecture for Unmanned Systems，JAUS)是美国国防部主导提出的一种无人系统规范，它规划了无人系统功能模块之间的信息交互方式与协议规范，提供了一组消息集，为实现无人系统之间的互联互通互操作奠定了基础。但JAUS并非一种完整的架构，它没有描述如何设计无人系统，而只是定义了无人系统的高层组成模块之间的信息交互。

机器人操作系统(Robot Operating System，ROS)是在机器人学术界广泛使用的系统架构。ROS提供一种点对点的通信机制，以节点为基本功能单元，每一个节点是一个可执行文件，这些执行文件可以在不同的计算机上单独设计并在运行时松散耦合，节点之间通过传送消息进行交互，从而实现基于核心控制器调度的多进程或多机协作。由于需要核心控制器的支持，利用ROS无法实现真正的分布式控制系统，系统实时性难于保证，冗余性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于通信中间件的地面无人平台控制系统架构，能够敏捷应对市场对地面无人平台产品功能与性能的多变需求，提高控制系统的可重用性，降低产品开发成本，缩短产品推向市场的时间。