CN101866180A

CN101866180A - 一种飞行控制系统

Info

Publication number: CN101866180A
Application number: CN 201010217205
Authority: CN
Inventors: 胡春华; 杨贵慈; 续立军; 严斌; 陈海昕; 葛东云
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明提供了一种飞行控制系统，包括：机载系统，包括置于无人机外部的微型摄像机和GPS接收机，置于无人机内部的GPS信号采集单元、电源监控单元、叠加单元，以及，微波发射单元；地面系统，包括微波接收单元、视频显示器和遥控器；其中，所述微型摄像机，用于实时监控无人机正前方的视频图像；所述GPS信号采集单元，用于采集所述GPS接收机传出的数据，并处理得到飞行参数；所述电源监控单元，用于检测得到无人机的电源信息；所述叠加单元，用于将所述飞行参数和/或电源信息叠加到视频图像上；所述微波发射单元，用于向地面系统发射所述叠加结果。本发明用以更好地对无人机进行控制。

Description

一种飞行控制系统

技术领域

本发明涉及无人(unmanned)驾驶飞机技术领域，特别是涉及一种飞行控制系统。

背景技术

无人驾驶飞机(无人机)是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器；其使用成本低，不但能完成有人驾驶飞机(有人飞机)执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务，如危险区域的侦察、空中救援指挥和遥感监测。

目前，一般由地面的操纵人员通过视觉直接观察无人机的飞行姿态，利用无线电遥控器进行遥控飞行；这种飞行方式具有很大的灵活性，但是由于地面操纵人员视觉观察能力的限制，故无人机的飞行距离只能局限在目视距离内；且由于人员对地理位置的感知能力的限制，不能对无人机的飞行轨迹进行精确控制。

总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够更好地对无人机进行控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种飞行控制系统，用以更好地对无人机进行控制。

为了解决上述问题，本发明公开了一种飞行控制系统，具体可以包括：

机载系统，包括置于无人机外部的微型摄像机和GPS接收机，置于无人机内部的GPS信号采集单元、电源监控单元、叠加单元，以及，微波发射单元；

地面系统，包括微波接收单元、视频显示器和遥控器；

其中，所述微型摄像机，用于实时监控无人机正前方的视频图像；

所述GPS信号采集单元，用于采集所述GPS接收机传出的数据，并处理得到飞行参数；

所述电源监控单元，用于检测得到无人机的电源信息；

所述叠加单元，用于将所述飞行参数和/或电源信息叠加到视频图像上；

所述微波发射单元，用于向地面系统发射所述叠加结果；

所述微波接收单元，用于接收所述叠加结果，并传送到所述视频显示器；

所述视频显示器，用于显示所述叠加结果；

所述遥控器，用于接收操纵，进行无人机的遥控飞行。

优选的，所述飞行控制系统还包括：

舵机控制单元，置于无人机内部，用于接收所述遥控器发送的舵面控制信号，对无人机的舵面进行控制。

优选的，所述遥控器，还用于实现无人机的工作模式切换，其中，所述工作模式包括自主飞行模式和遥控飞行模式。

优选的，在所述自主飞行模式下，所述飞行控制系统还包括：

参数设定卡，其置于无人机外部，用于接收地面操作人员对自动驾驶参数的设定，其中，所述自动驾驶参数包括自动驾驶控制参数和飞行航点；

自动驾驶单元，其置于无人机内部，用于根据所述GPS信号采集单元传入的飞行参数，通过所述自动驾驶控制参数，控制所述飞行航点的遍历完成。

优选的，所述舵机控制单元，还用于接收所述自动驾驶单元发送的舵面控制信号，对无人机的舵面进行控制，包括：

基于所述自动驾驶控制参数的高度控制环路和航向控制环路；

高度控制模块，用于根据所述GPS信号采集单元传入的飞行高度数据，利用所述高度控制环路控制无人机的升降舵；

方向控制模块，用于根据所述GPS信号采集单元传入的飞行航向数据，利用所述航向控制环路控制无人机的方向舵。

优选的，所述飞行参数和/或电源信息的叠加方式包括：图形、数字和字母。

优选的，所述电源信息包括：输出电流、输出电压和耗电量；

所述电源监控单元，具体用于通过传感器将无人机的动力电源电流转换为电压信号，通过模数转换，采样获得无人机动力电源的输出电流和输出电压，通过积分计算得到飞行的耗电量。

优选的，所述遥控器，还用于开启或关闭所述叠加单元的叠加功能。

优选的，所述飞行参数包括：飞行速度数据、飞行高度数据和飞行航向数据。

优选的，所述微波发射单元包括：

传输子单元，用于接收所述叠加结果；

天线，用于向地面系统发射所述叠加结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的机载系统将飞行参数、电源信息等信息叠加到视频信号中，并传输至地面系统的视频显示器，这样，相对于现有技术，遥控飞行模式下无人机的飞行距离只能局限在目视距离内，由于视频显示器上显示有各种飞行参数和/或电源信息，地面操作人员不直接看无人机即可操纵遥控器，即可实现无人机的遥控起飞和降落，因而可以有效提高无人机起降的成功率；

其次，相对于现有技术，分别使用各自的微波传输单元将视频信号、飞行参数等信息传输到地面系统，本发明仅使用一个微波发射单元，可以有效减少无人机的载荷；

再者，本发明可以提供无人机两种工作模式：自主飞行模式和遥控飞行模式，所述两种工作模式可以自由切换；而且，在自主飞行模式下，地面操作人员可以根据视频显示器上的飞行参数、电源信息等信息，对自动驾驶参数进行设定，使得可以根据所述自动驾驶参数，利用所述GPS信号采集单元输出的飞行参数实现自动驾驶功能，能够实现无人机的精确控制；

最后，相对于现有技术，使用高精度传感器获得飞行参数，本发明利用所述GPS信号采集单元可以降低自动驾驶仪的成本。

附图说明

图1是本发明一种飞行控制系统实施例1的结构图；

图2是本发明一种飞行参数和电源信息在视频显示器上的显示示例；

图3是本发明一种飞行控制系统实施例2的结构图；

图4是本发明一种舵机控制单元的工作过程示意。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的核心构思之一在于，将飞行参数叠加到视频信号中，这样，相对于现有技术，遥控飞行模式下无人机的飞行距离只能局限在目视距离内，地面操作人员通过观看所述叠加有飞行参数的视频，不直接看无人机即可操纵遥控器，实现无人机的遥控起飞和降落，可以有效提高无人机起降的成功率。

参照图1，示出了本发明一种飞行控制系统实施例1的结构图，具体可以包括：

机载系统101，具体可以包括置于无人机外部的微型摄像机111和GPS接收机112，置于无人机内部的GPS信号采集单元113、电源监控单元114、叠加单元115，以及，微波发射单元116；

地面系统102，具体可以包括微波接收单元121、视频显示器122和遥控器123；

其中，所述微型摄像机111，可用于实时监控无人机正前方的视频图像；

所述GPS信号采集单元113，可用于采集所述GPS接收机112传出的数据，并处理得到飞行参数；

所述电源监控单元114，用于检测得到无人机的电源信息；

所述叠加单元115，用于将所述飞行参数和/或电源信息叠加到视频图像上；

所述微波发射单元116，用于向地面系统发射所述叠加结果；

所述微波接收单元121，用于接收所述叠加结果，并传送到所述视频显示器；

所述视频显示器122，用于显示所述叠加结果；

所述遥控器123，用于接收操纵，进行无人机的遥控飞行。

GPS信号采集单元113、

在实际中，所述GPS信号采集单元113处理得到的飞行参数可以包括：飞行速度数据、飞行高度数据和飞行航向数据等。

电源监控单元114、

所述检测得到的电源信息可以包括：输出电流、输出电压和耗电量等信息。

例如，所述电源监控单元114可与无人机电源和无刷电机调速器相连，其可具体用于通过传感器将无人机的动力电源电流转换为电压信号，通过模数转换，采样获得无人机动力电源的输出电流和电压，通过积分计算得到飞行的耗电量。

叠加单元115、

所述叠加单元115可将飞行参数和/或电源信息，以图形、数字、字母等方式叠加到视频信号中，例如，可以将其以字幕形式叠加到视频画面上，本发明对具体的叠加形式不加以限制。

在实际中，地面操作人员可以通过所述遥控器123，来控制叠加单元115：例如，开启或关闭所述叠加单元的叠加功能；又如，在该叠加功能开启时，可以控制只叠加飞行参数，或者，只叠加电源信息，或者，叠加飞行参数和电源信息等。

另外，在叠加前，本发明还可以对飞行参数和/或电源信息进行相应处理，得到叠加单元115所需的信息；所述处理功能可以集成在叠加单元115中，或者，集成在一个独立的单元结构中，如数据综合处理单元等，本发明对此不加以限制。

在具体实现中，叠加单元115可采用单通道、单色随屏显示发生器Max7456，通过微波发射单元116将所述叠加结果发送出去。

微波发射单元116、

在实际中，所述微波发射单元116，可以进一步包括：

传输子单元，用于接收所述叠加结果；

天线，用于向地面系统发射所述叠加结果。

其中，所述传输子单元可以位于无人机外部或者内部，所述天线也可位于无人机外部或者内部，本发明对具体的传输子单元和天线位置不加以限制。

遥控器123、

在实际中，地面操作人员可以通过所述视频显示器122上显示的飞行参数等信息，向机载系统发送舵面控制信号。

此时，所述飞行控制系统还可以包括：

舵机控制单元，置于无人机内部，用于接收所述遥控器123发送的舵面控制信号，对无人机的舵面进行控制。

参考图2，示出了本发明一种飞行参数和电源信息在视频显示器122上的显示示例，其中，

总航程201显示无人机飞行总航程，偏航角202显示无人机实际机头指向与航向之间的偏差角度，航向203显示无人机飞行方向，遥控状态204显示无人机是否处于遥控状态，无人机方位205显示无人机相对于出发点的方位角，GPS卫星数206显示当前GPS接收机能接收到GPS信号的卫星数目，飞行速度条207和飞行速度208显示无人机飞行速度的数值，单位是km/h，爬升率209显示无人机爬升或下降的速率，为正时表示爬升，为负时表示下降，单位是m/s，摄像头电压210显示摄像头所用电池的当前电压值，飞行时间211显示无人机从出发到当前所花的时间，回起飞点方向212显示的是无人机自主飞回起飞点所需遵循的飞行方向，距起飞点距离213显示的是无人机当前位置与起飞点的距离，耗电量214显示的是动力电池所消耗的总电量，与电池实际电量相比较，地面操纵人员能够判断无人机所携带的动力电池电量是否能继续维持无人机飞行，动力电流215和动力电压216显示的是动力电池的电流和电压，亦可用于判断电池能否继续维持无人机飞行，电量图标217和动力电池图标218则用来指示电池信息，飞行高度219和飞行高度条220显示无人机飞行高度，单位为米，温度221显示当前无人机环境温度，地面操纵人员根据温度可以判断无人机是否适合在当前高度继续飞行，飞机正前方标识222显示飞机正前方对应的视频中心。

本发明具体如下优点：

首先，由于视频显示器上显示有各种飞行参数和/或电源信息，地面操作人员不直接看无人机即可操纵遥控器，实现无人机的遥控起飞和降落，可以有效提高无人机起降的成功率；

其次，相对于现有技术，分别使用各自的微波传输单元将飞行参数、视频信号等传输到地面系统，本发明仅使用一个微波发射单元，可以有效减少无人机的载荷。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要，设计位于无人机外部的单元结构的位置，例如，可以将所述微型摄像机111置于无人机机翼下方，将所述天线置于机身外侧，等等，本发明对具体的结构位置不加以限制。

参照图3，示出了本发明一种飞行控制系统实施例2的结构图，具体可以包括：

机载系统301，具体可以包括置于无人机外部的微型摄像机311、GPS接收机312、参数设定卡313，置于无人机内部的GPS信号采集单元314、电源监控单元315、叠加单元316和自动驾驶单元318，以及，微波发射单元317；

地面系统302，具体可以包括微波接收单元321、视频显示器322和遥控器323；

其中，所述微型摄像机311，可用于实时监控无人机正前方的视频图像；

所述参数设定卡313，可用于接收地面操作人员对自动驾驶参数的设定，其中，所述自动驾驶参数可以包括自动驾驶控制参数和飞行航点；

所述GPS信号采集单元314，可用于采集所述GPS接收机312传出的数据，并处理得到飞行参数；

所述电源监控单元315，用于检测得到无人机的电源信息；

所述叠加单元316，用于将所述飞行参数和/或电源信息叠加到视频图像上；

所述微波发射单元317，用于向地面系统发射所述叠加结果；

所述自动驾驶单元318，可用于根据所述GPS信号采集单元314传入的飞行参数，通过所述自动驾驶控制参数，控制所述飞行航点的遍历完成。

所述微波接收单元321，用于接收所述叠加结果，并传送到所述视频显示器；

所述视频显示器322，用于显示所述叠加结果；

所述遥控器323，用于实现无人机的工作模式切换，其中，所述工作模式可以包括自主飞行模式和遥控飞行模式；并且，在遥控飞行模式下，接收操纵，进行无人机的遥控飞行。

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1工作于遥控飞行模式，而本实施例可以工作于自主飞行模式和遥控飞行模式，其中，所述遥控器323可用于无人机的工作模式切换，例如，从遥控飞行模式→自主飞行模式，或者，从自主飞行模式→遥控飞行模式，其中，“→”表示工作模式的切换。

在本发明的一种优选实施例中，所述飞行控制系统还可以包括：

舵机控制单元，用于接收所述自动驾驶单元318发送的舵面控制信号，对无人机的舵面进行控制，具体可以包括：

高度控制模块，用于根据所述GPS信号采集单元314传入的飞行高度数据，利用所述高度控制环路控制无人机的升降舵；

方向控制模块，用于根据所述GPS信号采集单元315传入的飞行航向数据，利用所述航向控制环路控制无人机的方向舵。

参照图4，示出了本发明一种舵机控制单元的工作过程示意，其中，高度控制模块获取飞行高度数据401，根据期望飞行高度在高度控制环路402部分对升降舵403所需的控制信号进行解算，产生控制信号控制升降舵403，从而使得无人机达到期望飞行高度，并保持在这一高度进行自主飞行；方向控制模块获取飞行航向数据404，根据期望飞行航向在航向控制环路405部分对方向舵406所需的控制信号进行解算，产生控制信号控制方向舵406，从而使得无人机达到期望航向，并保持这一航向进行自主飞行。

首先，在自主飞行模式下，地面操作人员可以根据视频显示器上的飞行参数、电源信息等信息，通过遥控器对自动驾驶参数进行设定，使得所述自动驾驶单元可以根据所述自动驾驶参数，利用所述GPS信号采集单元输出的飞行参数实现自动驾驶功能，能够实现无人机的精确控制；

其次，相对于现有技术，使用高精度传感器获得飞行参数，本发明可以降低自动驾驶仪的成本。

需要说明的是，本发明对具体的单元结构的位置不加以限制，例如，微波发射单元317可以置于无人机的外部或者内部，所述参数设定卡可以置于无人机机身外侧，等等。

对于实施例2而言，由于其与实施例1基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见实施例1的部分说明即可。

本发明的飞行控制系统可以应用于单兵无人机、小型无人机等各种无人机，用于对其进行更好地控制。

以上对本发明所提供的一种飞行控制系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种飞行控制系统，其特征在于，包括：

地面系统，包括微波接收单元、视频显示器和遥控器；

所述电源监控单元，用于检测得到无人机的电源信息；

所述微波发射单元，用于向地面系统发射所述叠加结果；

所述视频显示器，用于显示所述叠加结果；

所述遥控器，用于接收操纵，进行无人机的遥控飞行。

2.如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，还包括：

3.如权利要求1或2所述的飞行控制系统，其特征在于，所述遥控器，还用于实现无人机的工作模式切换，其中，所述工作模式包括自主飞行模式和遥控飞行模式。

4.如权利要求3所述的飞行控制系统，其特征在于，在所述自主飞行模式下，所述飞行控制系统还包括：

5.如权利要求4所述的飞行控制系统，其特征在于，所述舵机控制单元，还用于接收所述自动驾驶单元发送的舵面控制信号，对无人机的舵面进行控制，包括：

6.如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述飞行参数和/或电源信息的叠加方式包括：图形、数字和字母。

7.如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述电源信息包括：输出电流、输出电压和耗电量；

8.如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述遥控器，还用于开启或关闭所述叠加单元的叠加功能。

9.如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述飞行参数包括：飞行速度数据、飞行高度数据和飞行航向数据。

10.如权利要求1所述的飞行控制系统，其特征在于，所述微波发射单元包括：

传输子单元，用于接收所述叠加结果；

天线，用于向地面系统发射所述叠加结果。