CN102520727B - 无人机侦察系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过无人机代替有人飞机执行高危险、隐蔽性强的侦察任务的无人机侦察系统。主要用于完成对前沿地面目标的视频侦察任务，向地面测控站提供实时视频数据。系统为飞行平台系统和地面站系统两部分。本发明是针对灾情评估、应急监测、紧急侦察、反恐等方面的需求研制的一款小型电动无人机。具有携带方便、维护使用简单、成本低、可重复使用等特点，在应急抢险方面具有较强优势，有着广阔的市场需求，易于推广应用。

Description

无人机侦察系统

技术领域

本发明涉及一种侦察系统，尤其涉及一种通过无人机代替有人飞机执行高危险、隐蔽性强的侦察任务的无人机侦察系统。

背景技术

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。无人机不但能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务。 

目前无人机主要用于军事领域，对于应急抢险等领域尚不成熟，存在一定的使用局限，而且目前的无人飞机对于不同的任务要求和使用条件差别很大，并且大都携带不便，成本较高。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种无人机侦察系统，解决了现有技术中存在使用局限、携带不便的问题，而且本发明成本较低。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

设有飞行平台系统，保证飞机的正常飞行；

设有地面站系统，实现对无人机设定航线的程控航行，完成航线的精确控制；

所述的飞行平台系统包括结构部、动力部、导航控制部、数据链路部、载荷部及电气部；所述的地面站系统包括地面测控部和地面保障部。

所述的结构部为，机体采用飞翼式气动布局，升力体机身，控制舵面采用升降副翼。

所述的动力部包括无刷电机、无刷调速器、碳纤维折叠式螺旋桨及动力电池，无刷电机和无刷调速器设置在机体的内部，动力电池设置在机体上。

所述的导航控制部包括遥控器和自动驾驶仪，遥控器用于发射和回收过程中对飞行器姿态的调整和干预，飞行器爬升到安全高后由遥控器将机载自动驾驶仪切换到自动驾驶状态，在回收飞行器时，先由遥控器将机载自动驾驶仪切换回遥控状态。

所述的数据链路部包括机载数据传输电台和地面站数据传输电台，机载数据传输电台安装于垂直尾翼内。

所述的载荷部采用板式摄像机，摄像头安装位置为当飞机以60°的倾斜角进行盘旋飞行时，摄像头始终对准地面某一目标。

所述的地面测控部用于接收和传输机载数据传输电台和载荷部的相关数据，并将接收到的数据进行处理并显现。

所述的地面保障部包括无人机的发射和回收以及地面站供电，为飞机的安全起飞和返航提供保障。

本发明的优点效果如下：

本发明是针对灾情评估、应急监测、紧急侦察、反恐等方面的需求研制的一款小型电动无人机。具有携带方便、维护使用简单、成本低、可重复使用等特点，在应急抢险方面具有较强优势，有着广阔的市场需求，易于推广应用。

附图说明

以下，结合附图，对本发明进行详细说明。

图1为本发明的结构原理示意框图。

图2为本发明机载布局示意图。

图3为本发明工作示意图。

图中，1、机身，2、机翼，3、图传天线，4、数传天线，5、自动驾驶仪/降落伞，6、空速管，7、图像电台，8、动力电池，9、摄像头，10、数传电台。

具体实施方式

实施例

如图1-3所示，设有飞行平台系统，保证飞机的正常飞行；设有地面站系统，实现对无人机设定航线的程控航行，完成航线的精确控制；所述的飞行平台系统包括结构部、动力部、导航控制部、数据链路部、载荷部及电气部；所述的地面站系统包括地面测控部和地面保障部。

所述结构部，机体采用飞翼式气动布局，升力体机身，矩形机翼，上反角为1.5°。控制舵面采用升降副翼，两个舵面同向偏转控制飞机的俯仰姿态，反向偏转控制飞机的横向姿态。设计飞行速度70km/h～90km/h，设计飞行高度100m～300m，雷诺数约200,000。主翼翼型为EMX-07，重心位于机翼前缘后60mm。

所述的动力部包括无刷电机、无刷调速器、碳纤维折叠式螺旋桨及动力电池，无刷电机和无刷调速器设置在机体的内部，动力电池设置在机体上。无刷电机的效率超过85%，不会因机械换向器而产生电火花干扰，也无需更换电刷，降低了维护难度，提高了可靠性。无刷电机工作时的峰值电流约50A，为了保证在出现意外情况时不损坏电子调速器，选用了最大电流为75A的捷克产ADVANCE 77PLUS电子无刷调速器。螺旋桨采用14×9.5碳纤维折叠式螺旋桨。无刷电机工作时两片桨叶靠离心力的作用自动打开，电机停车滑行时两片桨叶自动收回。采用折叠式螺旋桨可以降低停车滑翔时的阻力，减少滑降时螺旋桨的损坏机率，以降低使用成本。lipo电池单节容量为8000 mAh，单节电压为3.7V，采用6节串联的连接方法。电池组总容量为8000 mAh，饱和电压为25.2V，总重量为1.1kg，续航时间为60min。

所述的导航控制部包括遥控器和自动驾驶仪，遥控器用于发射和回收过程中对飞行器姿态的调整和干预，在发射时飞行器主要由遥控设备控制，当飞行器爬升到安全高后即可由遥控器将机载自动驾驶仪切换到自动驾驶状态。在回收飞行器时，先由遥控器将机载自动驾驶仪切换回遥控状态，然后目视操纵飞行器降落。在完成自动起飞和自动开伞回收的调试后，无人机的发射和回收将完全脱离遥控设备，地面操纵人员手掷方式发射无人机即可。控制方案采用迎角控制飞行器的高度，升降舵控制飞行器的迎角，油门控制飞行器的速度。横向控制采用升降副翼组合控制方式，当飞行器的飞行航路点与设定的航路点出现偏差后，副翼按控制率输出舵量使飞行器保持固定的坡度，升降舵保持飞行器的高度。

所述的数据链路部包括机载数据传输电台和地面站数据传输电台，机载数据传输电台安装于垂直尾翼内。数据传输电台的天线采用板式天线或柱状天线；地面站数据传输电台可以采用增益高的天线。

所述的载荷部采用板式摄像机，摄像头安装位置为当飞机以60°的倾斜角进行盘旋飞行时，摄像头始终对准地面某一目标。对于侦察兴趣点的航路点可设定制式航线，使无人机到达预定点后进入定坡度盘旋，对目标进行360°方位观察。

所述的地面测控部用于接收和传输机载数据传输电台和载荷部的相关数据，并将接收到的数据进行处理并显现。

所述的地面保障部包括无人机的发射和回收以及地面站供电，为飞机的安全起飞和返航提供保障。

发射方式采用手掷发射或弹射。在手掷发射的瞬间，根据公式                                                ,可以得出当总重量为4.7kg时，发射迎角为5度左右时，飞行器的升力系数，发射速度V=4.8m/s。对于一般操作人员很容易达到此要求。

完成航线调试后可进行手掷自动起飞调试，手掷后采用固定舵面偏角或保持空速的方式进行控制，当飞机高度达到安全高度后，自动进入巡航状态。

回收可采用自动开伞，采用自动驾驶仪的航路点事件设置可以设定为到达设定点坐标即打开降落伞同时关闭电动机，因该飞机采用拉进式布局，不存在降落伞与螺旋桨缠绕的问题。

本发明通过飞行平台系统各个分系统的集成可以保证飞机的正常飞行，地面站系统可以实现对无人机设定航线的程控航行，可完成特殊要求航线的精确控制。通过抛投或弹射两种方式使无人机保持飞行初始状态，在发射时无人机主要由地面系统进行手动控制，当无人机爬升到安全高后切换到自动导航状态。通过导航控制系统完成无人机预制任务航线的自主航行控制，可在无人机到达指定位置后执行盘旋任务动作。通过搭载不同的有效载荷设备可以完成不同领域的应用，执行相应任务。在回收飞行器时，先由地面站系统将无人机切换回手动状态，然后目视操纵无人机滑降或伞降。

本发明总体技术指标如表1所示。

表1 总体技术指标

序号	名  称	技术指标	备   注
				1	最大起飞重量	4.7kg
2	飞行速度	20m/s～38m/s	巡航速度28m/s
				3	翼展	1.5m
4	机长	1.06m
				5	任务载荷	1kg
6	控制半径	≥15km
				7	续航时间	≥1h
8	图像分辨率	≥640×480
				9	动力	电动
10	起飞方式	手抛、弹射
				11	回收方式	伞降、滑降

Claims (1)

1.无人机侦察系统，其特征在于设有飞行平台系统，保证飞机的正常飞行；设有地面站系统，实现对无人机设定航线的程控航行，完成航线的精确控制；所述的飞行平台系统包括结构部、动力部、导航控制部、数据链路部、载荷部及电气部；所述的地面站系统包括地面测控部和地面保障部；

所述的结构部为，机体采用飞翼式气动布局，升力体机身，矩形机翼，上反角为1.5°；控制舵面采用升降副翼，两个舵面同向偏转控制飞机的俯仰姿态，反向偏转控制飞机的横向姿态；设计飞行速度70km/h～90km/h，设计飞行高度100m～300m，雷诺数为200,000；主翼翼型为EMX-07，重心位于机翼前缘后60mm；

所述的动力部包括无刷电机、无刷调速器、碳纤维折叠式螺旋桨及动力电池，无刷电机和无刷调速器设置在机体的内部，动力电池设置在机体上；无刷电机的效率超过85%，无刷电机工作时的峰值电流50A，无刷调速器选用最大电流为75A的捷克产ADVANCE 77PLUS电子无刷调速器；螺旋桨采用14×9.5碳纤维折叠式螺旋桨；动力电池为lipo电池，单节容量为8000 mAh，单节电压为3.7V，采用6节串联的连接方法；电池组总容量为8000 mAh，饱和电压为25.2V，总重量为1.1kg，续航时间为60min；

所述的导航控制部包括遥控器和自动驾驶仪，遥控器用于发射和回收过程中对飞行器姿态的调整和干预，在发射时飞行器主要由遥控设备控制，当飞行器爬升到安全高后即由遥控器将机载自动驾驶仪切换到自动驾驶状态；在回收飞行器时，先由遥控器将机载自动驾驶仪切换回遥控状态，然后目视操纵飞行器降落；在完成自动起飞和自动开伞回收的调试后，无人机的发射和回收将完全脱离遥控设备，地面操纵人员手掷方式发射无人机；控制方案采用迎角控制飞行器的高度，升降舵控制飞行器的迎角，油门控制飞行器的速度；横向控制采用升降副翼组合控制方式，当飞行器的飞行航路点与设定的航路点出现偏差后，副翼按控制率输出舵量使飞行器保持固定的坡度，升降舵保持飞行器的高度；

所述的数据链路部包括机载数据传输电台和地面站数据传输电台，机载数据传输电台安装于垂直尾翼内；数据传输电台的天线采用板式天线或柱状天线；地面站数据传输电台采用增益高的天线；

所述的载荷部采用板式摄像机，摄像头安装位置为当飞机以60°的倾斜角进行盘旋飞行时，摄像头始终对准地面某一目标；对于侦察兴趣点的航路点设定制式航线；

所述的地面测控部用于接收和传输机载数据传输电台和载荷部的相关数据，并将接收到的数据进行处理并显现；

所述的地面保障部包括无人机的发射和回收以及地面站供电，为飞机的安全起飞和返航提供保障。