无人机在航拍、抢险救援、高空监控等多种场景中受到广泛应用。随着无人机的快速发展与大规模应用,建立无人机使用法律法规,研发并运用无人机管控系统,对利用无人机造福人类具有重大意义。无人机通常使用通信范围较小的Wi Fi等无线通信技术,在无人机控制距离过远时容易失联。4G网络逐步走向大规模应用,其大范围覆盖和高带宽特点,为无人机远程通信提供了更好的选择。本项目将4G通信技术与无人机地面站管控系统相结合,实现4G信号覆盖环境中对无人机的超远程控制。无人机地面站管控系统可为无人机提供数据通信、飞行监控、电子地图定位、路线规划、轨迹回显、自动驾驶等多种功能,构成地面管控人员与无人机实时交互的综合平台。本文首先阐述了无人机与地面站系统的组成与关系,研究分析了国内外无人机地面站的技术现状,重点分析了无人机路线规划方法与关键技术的研究现状。接着详细阐述了无人机地面站管控系统开发的关键技术,涉及网络编程、多线程技术、数据库应用、电子地图定位、路线规划算法、UI开发等。然后根据系统功能与非功能需求设计了数据传输层、数据管理层与用户操作层的三层结构设计模型,其中数据传输层作为与无人机直接通信的部分,将回传数据解析完毕后会交由数据管理层进行存储与管理,并设计了数据表结构与数据流架构,用户操作层中的各模块会根据需求向数据库请求需要的信息。同时,根据4G网络覆盖特性与无人机地面站任务规划功能的需求,使用并改进了启发式搜索算法来设计了无人机路线规划业务流程与方法,且分析了其不足之处并加以改进,设计并实现了以4G信号质量最优为目的的无人机路线规划方法。最后,结合无人机与机载嵌入式系统,对地面站系统的各项功能进行了逐个测试。测试结果表明,本文设计并实现的地面站管控系统能够实时接收与解析无人机回传的飞行数据,定位、监视、路线规划、历史轨迹回显等功能均可正常使用。