專利名稱：無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種飛行控制系統(tǒng)，特別是一種滿足多種陸地及海上 低空快速監(jiān)測(cè)要求的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，資源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測(cè)工作越來(lái)越重要， 任務(wù)周期越來(lái)越短，常規(guī)衛(wèi)星和航空遙感手段己難以滿足應(yīng)用所需，特別是 許多分辨率要求高、時(shí)間要求快的應(yīng)急動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)缺乏有效的手段。近年來(lái)， 低空遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要用于小范圍多次反復(fù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及突發(fā) 性事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè)等，以及大比例尺制圖的需求，這些監(jiān)測(cè)要求遙感獲取
系統(tǒng)具備①大面積觀測(cè)能力；②波段、分辨率和時(shí)相適宜的空間數(shù)據(jù)獲取 能力；③定量化數(shù)據(jù)的提供能力；④高精度定位能力。該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)非單一 平臺(tái)或傳感器所能勝任。由于受衛(wèi)星回歸周期、空域使用和氣候等因素的影 響，遙感數(shù)據(jù)源的保障已成為制約其應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。
小型無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)為空間信息監(jiān)測(cè)提供了一種數(shù)據(jù)快速獲取、處理、 應(yīng)用分析一體化的新型遙感技術(shù)手段，現(xiàn)已有一些微型或小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)用 于陸地小面積圖像獲取和簡(jiǎn)單科學(xué)數(shù)據(jù)參數(shù)的觀測(cè)。但現(xiàn)有技術(shù)的這些微型 或小型無(wú)人機(jī)尚不能完成動(dòng)態(tài)應(yīng)急監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)，主要原因是控制這類無(wú) 人機(jī)飛行的飛行控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)的導(dǎo)航定位、程控/遙控導(dǎo)航、大數(shù) 據(jù)量雙向傳輸?shù)确矫娲嬖诩夹g(shù)缺陷，無(wú)法滿足實(shí)際需要。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種滿足多種陸地及海上低空快速監(jiān)測(cè)要求的
無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，采用全數(shù)字飛行控制與總線控制技術(shù)、微波數(shù)據(jù)鏈和
GPS導(dǎo)航定位技術(shù)，使無(wú)人機(jī)能滿足多種飛行模式的導(dǎo)航和飛行實(shí)時(shí)控制。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，包括 提供無(wú)人機(jī)三維姿態(tài)數(shù)據(jù)的航姿傳感器、實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)三維位置及時(shí)間數(shù)
據(jù)的GPS差分定位系統(tǒng)、實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)傳感器、從無(wú)人機(jī) 地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令并發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)的機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈以及控制 無(wú)人機(jī)完成自動(dòng)導(dǎo)航和任務(wù)計(jì)劃的飛行控制計(jì)算機(jī)，所述飛行控制計(jì)算機(jī)分 別與所述航姿傳感器、GPS差分定位系統(tǒng)、狀態(tài)傳感器和機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù) 鏈連接。
所述4元姿傳感器為測(cè)量無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)角的垂直陀螺儀。所述GPS差分 定位系統(tǒng)包括與所述飛行控制計(jì)算機(jī)連接的GPS接收機(jī)和與所述GPS接收機(jī) 連接的GPS天線。所述狀態(tài)傳感器包括與所述飛行控制計(jì)算機(jī)連接的三維姿 態(tài)儀、溫度傳感器、空速傳感器、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和油量傳 感器。所述機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈包括依次連接的微波收發(fā)天線、數(shù)據(jù)鏈測(cè)控 設(shè)備和監(jiān)測(cè)攝像設(shè)備，所述數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備和監(jiān)測(cè)攝像設(shè)備分別與所述飛行 控制計(jì)算機(jī)連接。
所述飛行控制計(jì)算機(jī)還連接有對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括 執(zhí)行加熱指令的加熱裝置，執(zhí)行開傘指令的開傘機(jī)構(gòu)，執(zhí)行拋傘指令的拋傘 機(jī)構(gòu)，執(zhí)行高度指令的高度控制器，以及執(zhí)行飛控指令的方向舵舵機(jī)、副翼 舵舵機(jī)、升降舵舵機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)舵機(jī)。所述飛行控制計(jì)算機(jī)還連接有電源管理 系統(tǒng)。
本實(shí)用新型提出了一種滿足多種陸地及海上低空快速監(jiān)測(cè)要求的無(wú)人機(jī) 飛行控制系統(tǒng)，可滿足多種飛行模式的導(dǎo)航控制和飛行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。無(wú)人 機(jī)飛行控制系統(tǒng)不僅加載了完備的小型化遙測(cè)和控制手段，如保持定高飛行 的高度控制器，監(jiān)控?zé)o人機(jī)安全的溫度傳感器、空速傳感器、油量傳感器等， 還采用垂直陀螺儀測(cè)量無(wú)人機(jī)空中姿態(tài)角，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行姿態(tài)控制，飛行控
制系統(tǒng)采用一體化全數(shù)字總線控制技術(shù)、微波數(shù)據(jù)鏈和GPS導(dǎo)航定位技術(shù)， 通過(guò)接收無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)上傳的遙控指令完成自動(dòng)導(dǎo)航，不僅能完成視
頻圖像的下行實(shí)時(shí)傳輸，而且實(shí)現(xiàn)了飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)下轉(zhuǎn)和地面遙控信號(hào)上倍， 減化了系統(tǒng)組件，同時(shí)節(jié)省了無(wú)人機(jī)載荷量并提高了系統(tǒng)的可靠性。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成圖2為本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明 110—航姿傳感器；
140 —飛行控制計(jì)算機(jī) 17 0 —執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 131 —三維姿態(tài)儀； 134—高度傳感器； 137 —缸溫傳感器； 15 3 —監(jiān)測(cè)攝像設(shè)備； 17 3 —拋傘機(jī)構(gòu)； 17 6 —副翼舵舵機(jī)；
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成圖。如圖l所示，無(wú) 人機(jī)飛行控制系統(tǒng)包括航姿傳感器110、 GPS差分定位系統(tǒng)120、狀態(tài)傳感 器130、飛行控制計(jì)算機(jī)140和機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈50,其中航姿傳感 器110負(fù)責(zé)提供無(wú)人機(jī)三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，GPS差分定位系統(tǒng)120負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)提 供無(wú)人機(jī)三維位置及時(shí)間數(shù)據(jù)，狀態(tài)傳感器130負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)狀態(tài) 數(shù)據(jù)，機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈150負(fù)責(zé)從無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令
120—GPS差分定位系統(tǒng)； 15 0 —一幾載微波通訊數(shù)據(jù)鏈; 121 — GPS天線； 132 —溫度傳感器； 135 —轉(zhuǎn)速傳感器； 151—微波收發(fā)天線； 171 —加熱裝置； 174—高度控制器； 177 —升降舵舵機(jī)；
130—狀態(tài)傳感器； 160—電源管理系統(tǒng)； 122—GPS接收機(jī)； 133—空速傳感器； 136 —油量傳感器； 152—數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備; 172 —開傘機(jī)構(gòu)； 175 —方向^它^它才幾； 178 —發(fā)動(dòng)機(jī)舵機(jī)。
并向無(wú)人才幾地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)，飛行控制計(jì)算機(jī)140分別與航姿 傳感器110、 GPS差分定位系統(tǒng)120、狀態(tài)傳感器130和機(jī)栽微波通訊數(shù)據(jù) 鏈150連接，分別接收姿態(tài)數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)位置數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)拔和無(wú)人機(jī)地 面監(jiān)控系統(tǒng)的遙控指令，控制無(wú)人機(jī)完成自動(dòng)導(dǎo)航和任務(wù)計(jì)劃。
圖2為本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，在上述 技術(shù)方案中，航姿傳感器為測(cè)量無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)角的垂直陀螺儀110,將 無(wú)人機(jī)三維姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行控制計(jì)算機(jī)140。 GPS差分定位系統(tǒng)120 包括GPS天線121和GPS接收機(jī)122,將無(wú)人機(jī)三維位置及時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送 給飛行控制計(jì)算機(jī)140。狀態(tài)傳感器130包括三維姿態(tài)儀131、溫度傳感 器132、空速傳感器133、高度傳感器134、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器135和油量 傳感器136,將無(wú)人機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行控制計(jì)算機(jī)140。機(jī)載微波 通訊數(shù)據(jù)纟連150包括依次連接的微波收發(fā)天線151、數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備152 和監(jiān)測(cè)才聶〗象設(shè)備15 3,其中數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備152和監(jiān)測(cè)攝像設(shè)備153分別 與飛行控制計(jì)算機(jī)140連接，飛行控制計(jì)算機(jī)140 —方面通過(guò)微波收發(fā)天 線151和^:據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備152從無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令，另一 方面控制監(jiān)測(cè)攝像設(shè)備153在設(shè)定時(shí)間或位置采集視頻圖像，并通過(guò)微波 收發(fā)天線151和數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備152向無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送遙測(cè)數(shù) 據(jù)。具體地，三維姿態(tài)儀131與攻角、側(cè)滑角傳感器連接，測(cè)量無(wú)人機(jī)姿 態(tài)數(shù)據(jù)；空速傳感器133和高度傳感器134與空速管連接，通過(guò)空速管的 靜壓、總壓數(shù)值測(cè)量無(wú)人機(jī)的速度、高度數(shù)據(jù)；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器135與 發(fā)動(dòng)機(jī)連4妄，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；發(fā)動(dòng)機(jī)還可以連接缸溫傳感器137, 更全面了解發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況。如圖2所示，飛行控制計(jì)算機(jī)140還連接有 電源管理系統(tǒng)160，電源管理系統(tǒng)160通過(guò)預(yù)穩(wěn)壓電路分別與電池組和二 臺(tái)發(fā)電機(jī)連接，電池組為4組7. 2V電池，形成28. 8V電源，發(fā)電機(jī)為120W, 提供0~70 V三相交流電源。
在上述技術(shù)方案中，飛行控制計(jì)算機(jī)140還連接有對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行姿態(tài)
控制的一系列執(zhí)行4凡構(gòu)170，包括執(zhí)行加熱指令的加熱裝置171,執(zhí)行開 傘指令的開傘機(jī)構(gòu)172，執(zhí)行拋傘指令的拋傘機(jī)構(gòu)173,執(zhí)行高度指令的 高度控制器174及執(zhí)行飛控指令的方向舵舵機(jī)175、副翼舵舵機(jī)176、升 降舵舵機(jī)177和發(fā)動(dòng)機(jī)舵機(jī)178,各執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收飛行控制計(jì)算機(jī)140發(fā) 送的指令，完成動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行控制。
本實(shí)用新型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈頻率1200-16OOMHz。上行遙控 碼速率12. 8Kbit,下行遙測(cè)碼速率4. 8Kbit，下行圖像帶寬27MHz。控制方式 實(shí)現(xiàn)了程控/遙控互替，控制距離達(dá)100公里，GPS定位精度為1米。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非 限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而 不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，包括提供無(wú)人機(jī)三維姿態(tài)數(shù)據(jù)的航姿傳感器、實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)三維位置及時(shí)間數(shù)據(jù)的GPS差分定位系統(tǒng)、實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)傳感器、從無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令并發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)的機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈以及控制無(wú)人機(jī)完成自動(dòng)導(dǎo)航和任務(wù)計(jì)劃的飛行控制計(jì)算機(jī)，所述飛行控制計(jì)算機(jī)分別與所述航姿傳感器、GPS差分定位系統(tǒng)、狀態(tài)傳感器和機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述航姿 傳感器為測(cè)量無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)角的垂直陀螺儀。
3. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS 差分定位系統(tǒng)包括與所述飛行控制計(jì)算機(jī)連接的GPS接收機(jī)和與所述GPS 接收機(jī)連接的GPS天線。
4. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述狀態(tài) 傳感器包括與所述飛行控制計(jì)算機(jī)連接的三維姿態(tài)儀、溫度傳感器、空速 傳感器、高度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和油量傳感器。
5. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)載 微波通訊數(shù)據(jù)鏈包括依次連接的微波收發(fā)天線、數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備和監(jiān)測(cè)攝 像設(shè)備，所述數(shù)據(jù)鏈測(cè)控設(shè)備和監(jiān)測(cè)攝像設(shè)備分別與所述飛行控制計(jì)算機(jī) 連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于，所述飛行 控制計(jì)算機(jī)還連接有對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括執(zhí)行加熱指 令的加熱裝置，執(zhí)行開傘指令的開傘機(jī)構(gòu)，執(zhí)行拋傘指令的拋傘機(jī)構(gòu)，執(zhí) 行高度指令的高度控制器，以及執(zhí)行飛控指令的方向舵舵機(jī)、副翼舵舵機(jī)、 升降舵舵機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)舵機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，包括提供無(wú)人機(jī)三維姿態(tài)數(shù)據(jù)的航姿傳感器、實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)三維位置及時(shí)間數(shù)據(jù)的GPS差分定位系統(tǒng)、實(shí)時(shí)提供無(wú)人機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)傳感器、從無(wú)人機(jī)地面監(jiān)控系統(tǒng)接收遙控指令并發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)的機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈、控制無(wú)人機(jī)完成自動(dòng)導(dǎo)航和任務(wù)計(jì)劃的飛行控制計(jì)算機(jī)，所述飛行控制計(jì)算機(jī)分別與所述航姿傳感器、GPS差分定位系統(tǒng)、狀態(tài)傳感器和機(jī)載微波通訊數(shù)據(jù)鏈連接。本實(shí)用新型采用一體化全數(shù)字總線控制技術(shù)、微波數(shù)據(jù)鏈和GPS導(dǎo)航定位技術(shù)，可使無(wú)人機(jī)平臺(tái)滿足多種陸地及海上低空快速監(jiān)測(cè)要求。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201000576SQ20072000280
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者劉煜彤, 健 周, 旗 周, 李紫薇, 耿 王 申請(qǐng)人:青島天驕無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)有限公司