文献综述
一、前言
无人机( UAV，Unmanned Aerial Vehicle)是一种通常是指由无线电遥控设备控制或由预编程序操纵的无人驾驶飞行器[4]，由于其具有成本低、反应灵敏、受外界环境影响低、可操作性强等特点，因而被广泛应用于军事[8]、环境监测、智慧农业、车辆停放管理[1]、矿产资源勘测,灾难救援[10]等许多领域[3-4]。无人机系统由在空中飞行的无人机和地面上的无人机地面站系统组成，无人机地面站系统 GCS（Ground control system）是无人机系统的重要组成部分，是建立在无线通信技术、计算机科学等技术之上的综合系统，完成对无人机飞行状态的监测显示、飞行航迹规划等任务。无人机地面站功能的完整性与智能化，是确保无人机安全、高效的完成飞行任务作业的关键[2]。
二、介绍
无人机地面站，是无人机的监测中心和命令控制中心，作为整个无人机飞行系统的指挥监控中心[9]，主要用于地面站操作人员对无人机飞行状态的控制与管理，地面站通过无线数据链路接收无人机返回给地面的各类飞行参数和传感器参数，并且对接收到的数据进行处理和存储，以便地面站操作人员及时准确地了解无人机真实飞行状态，并根据预判对其进行合理操作[22]。现在开发的各种各样的地面站，帮助人们对无人机实施监控，同时在需要时实施相应的处理，从而保证无人机飞行和执行任务的安全[11]。
地面站主要的功能有地图显示、数据通信、飞行控制。其基本功能室通过在软件界面显示地图数据，让操作员能更直观的看到无人机的飞行环境和飞行数据信息[2]，从而更好的对无人机进行飞行控制。无人机地面站软件对飞行器的飞行操作控制，通常指手动控制，自动控制，航迹规划等[14]。同时，地面站软件还可以获得无人机飞行器的相关飞行参数：定位信息、飞行高度、航偏角，俯仰角等，进行实时显示[13]，并在地图上标识无人机飞行器的位置信息，并可以实现航迹显示。此外，无人机地面站和飞行器稳定可靠。实时高效的联捷通讯机制，也是无人机飞行完成的重要保障。数据的通信包括数据的发送和数据的接收，操控员可以通过地面站软件的数据通信模块发出飞行指令控制无人机的飞行，无人机也可以实时地将状态信息传输给地面站进行显示，也可将飞机数据发送至地面站[21]。
由于现有无人机地面站体积较大、造价较高，顺应市场需求和科技发展规律，无人机地面站逐步便携化、智能化，手机地面站也就产生了。
手机地面站是将无人机地面控制站通过一定方法转移到智能手机上，通常是以APP 软件程序包的形式安装于用户手机,利用移动智能终端和 Android 应用程序进行无人机飞行姿态控制[15,17]。利用 ARM 飞控的控制模块、通信模块、传感器模块等模块的开发，可以很好的满足用户的飞控需求；同时通过定义通信协议并编程，顺利实现信息的传输[19]，使得移动地面站的使用越来越广泛。
国内外发展
目前美国、日本、欧洲国家、以色列、中国等国家均展开对无人机飞行系统的设计与开发，其主要研究内容包括无人飞行器的研究、地面控制站的研究以及自主飞行控制算法方面的研究等[7]。
上个世纪二三十年代，无人机尚无完善的操控系统，无人机都是使用比较简陋的设备进行操控。1918 年，美军第一架升空的“柯蒂斯”无人机是通过陀螺仪指示方向、无液气压表指示高度来操控的。1933 年，英国空军由水上侦察机改装成的“费尔雷昆士”无人机采用地面站无线遥控技术实现控制[15]。
上个世纪五六十年代，已经初步形成了无人机的地面控制系统，并得到了一定的发展。借助于地面控制系统完成对无人机的操控，使其完成各种任务[15]。上世纪七十年代，美军通过地面站控制指令对无人机进行遥控，已经可以执行精确的夜间侦查任务。到上世纪九十年代，美军采用以“捕食者”无人机地面站为代表的复合控制多用途无人机地面站，地面站趋于集群化，功能更加智能化，此时的无人机地面站技术已经日趋成熟[15]。
进入 21 世纪以后，无人机地面控制系统的发展速度更加迅猛，以美军“全球鹰”为代表的大型无人机地面站，已经具备了与有人机、卫星等互操纵的能力[23]。目前，国际上比较有名的无人机地面控制系统有美国全球鹰、捕食者地面控制站，土耳其的 ANKA 型无人机地面站，还有德国的 MD4－1000 型四旋翼无人机控制站，该飞行系统安全性高，可以通过搭载的传感器模块来进行业务数据的收集，通过自主运行控制算法进行垂直飞行姿态控制[24]。
对于中小型无人机控制，目前比较普遍的方式是采用无线电遥控来实现的。经过几十年的发展，控制技术已经比较成熟，可以满足各种中小型飞行任务需求。对于用智能手机进行无人机控制，这还是一个相对比较新颖的课题，正处在初步发展阶段[15]。
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