CN103927798A - 一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法及装置。其方法采用功耗较小的元器件构成独立完整的飞行数据记录装置，并通过独立的可充电电源为飞行数据记录装置提供电源，以实现不占用现有无人机自驾系统资源的目的；独立完整的飞行数据记录装置中自带感应装置、主控芯片、储存和发射装置，以实现不影响无人机固有传感器数据总线的数据输出接口协议的目的。本发明不会对现有无人机自驾系统的结构构成影响，因此也不会影响飞行控制性能。系统硬件电路成本低，体积小巧，加装保护外壳后构成完整的无人机黑匣子系统，便于装机运行，有良好的适用性和较高的使用价值。

Description

一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法及装置
技术领域
本发明涉及一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法及装置，属于飞行数据记录技术领域。
背景技术
现代飞机上都有一个标准的记录设备，称为黑匣子。通过黑匣子人们可以解析出飞机在整个飞行过程中的飞行数据，根据黑匣子记录的飞行数据可以预先排除飞机隐患，避免事故发生，一旦发生事故，也可以通过黑匣子记录的飞行数据分析事故原因。
现有的黑匣子大多是用于有人机的，虽然有些可用于无人机，但由于现有的黑匣子体积和重量较大，且占用飞机自动驾驶系统的资源，不适合中小型无人机使用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种体积小重量轻，不占用飞机自动驾驶系统的资源的适用于中小型无人机飞行数据的记录方法及装置。
本发明的技术方案：
一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法，该方法采用功耗较小的元器件构成独立完整的飞行数据记录装置，并通过独立的可充电电源为飞行数据记录装置提供电源，以实现不占用现有无人机自驾系统资源的目的；独立完整的飞行数据记录装置中自带感应装置、主控芯片、储存和发射装置，以实现不影响无人机固有传感器数据总线的数据输出接口协议的目的。
前述方法中，所述独立完整的飞行数据记录装置通过三轴陀螺仪和三轴加速度传感器感应无人机的三维角速度信号和三维加速度信号，通过主控芯片按捷联惯导算法解算出无人机的三维姿态信息；主控芯片根据三轴地磁感应器、GPS卫星定位装置和气压温度传感器感应无人机的地理和位置信息对解算出的无人机三维姿态信息进行修正获得具有高可信度的三维姿态信息；同时，主控芯片将从无人机自驾仪读取到控制信号根据时间对应关系与具有高可信度的三维姿态信息一一对应的写入Micro SD储存卡。
前述方法中，所述地理和位置信息是指无人机所处位置的经纬度信息和高度信息。
前述方法中，所述主控芯片具有飞行状态判断功能，通过嵌入主控芯片内的正常飞行程序与无人机实际飞行姿态比较判断无人机是否处于正常飞行状态，当检测出非正常飞行状态时，触发无线发射芯片发射固定频率的求救搜索信号。
按前述方法构成的适用于中小型无人机的飞行数据记录装置，包括黑匣子，黑匣子内设有与主控芯片连接的陀螺仪、加速度传感器、地磁传感器、气压温度传感器、控制信号接口和GPS接口；控制信号接口经转换器与主控芯片连接；主控芯片与存储元件和无线信号发射芯片连接；外壳内设有电源。
前述装置中，所述主控芯片为32位单片机。
前述装置中，所述陀螺仪、加速度传感器和地磁传感器分别为三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴地磁传感器。
前述装置中，所述存储元件为Micro SD存储卡。
前述装置中，所述转换器为由八位单片机构成的并行信号转串行信号转换器。
与现有技术相比，本发明构成一套完整的电路系统，独立于无人机自驾系统，由自带的传感器设备数据进行姿态解算，不占用自驾仪的计算资源，也不涉及无人机固有传感器数据总线的数据输出接口协议等问题，不会对现有无人机自驾系统的结构构成影响，因此也不会影响飞行控制性能。系统硬件电路小巧，加装保护外壳后构成完整的无人机黑匣子系统，便于装机运行，有良好的适用性和较高的使用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明硬件设备运行程序流程图。
图中的标记为：1-主控芯片，2-无线信号发射芯片，3-气压温度传感器，4-地磁传感器，5-加速度传感器，6-陀螺仪，7-存储元件，8-转换器，9-控制信号接口，10-GPS接口，11-电源，12-黑匣子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法，该方法采用功耗较小的元器件构成独立完整的飞行数据记录装置，并通过独立的可充电电源为飞行数据记录装置提供电源，以实现不占用现有无人机自驾系统资源的目的；独立完整的飞行数据记录装置中自带感应装置、主控芯片、储存和发射装置，以实现不影响无人机固有传感器数据总线的数据输出接口协议的目的。独立完整的飞行数据记录装置通过三轴陀螺仪和三轴加速度传感器感应无人机的三维角速度信号和三维加速度信号，通过主控芯片按捷联惯导算法解算出无人机的三维姿态信息；主控芯片根据三轴地磁感应器、GPS卫星定位装置和气压温度传感器感应无人机的地理和位置信息对解算出的无人机三维姿态信息进行修正获得具有高可信度的三维姿态信息；同时，主控芯片将从无人机自驾仪读取到控制信号根据时间对应关系与具有高可信度的三维姿态信息一一对应的写入Micro SD储存卡。地理和位置信息是指无人机所处位置的经纬度信息和高度信息。主控芯片具有飞行状态判断功能，通过嵌入主控芯片内的正常飞行程序与无人机实际飞行姿态比较判断无人机是否处于正常飞行状态，当检测出非正常飞行状态时，触发无线发射芯片发射固定频率的求救搜索信号。
按前述方法构成的适用于中小型无人机的飞行数据记录装置，如图1所示，包括黑匣子12，黑匣子12内设有与主控芯片1连接的陀螺仪6、加速度传感器5、地磁传感器4、气压温度传感器3、控制信号接口9和GPS接口10；控制信号接口9经转换器8与主控芯片1连接；主控芯片1与存储元件7和无线信号发射芯片2连接；外壳12内设有电源11。主控芯片1为32位单片机。陀螺仪6、加速度传感器5和地磁传感器4分别为三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴地磁传感器。存储元件7为Micro SD存储卡。转换器8为由八位单片机构成的并行信号转串行信号转换器。
实施例
具体实施时，本发明按以下步骤实施：
a. 选用传感器：采用三轴陀螺仪，感应安装记录设备的无人机在立体空间三个维度的角速度信号，并送给主控芯片1；采用三轴加速度传感器，感应安装记录设备的无人机在立体空间三个维度的加速度信号，并送给主控芯片；采用三轴地磁传感器，感应安装记录设备的无人机在立体空间三个维度的地磁信号，并送给主控芯片；采用气压温度传感器3，感应安装记录设备的无人机在立体空间的大气压强信号和温度信号，并送给主控芯片；采用GPS卫星定位装置，感应记录设备的无人机在立体空间的经纬度信息，并送给主控芯片；
b. 选用微控制器：选用32位单片机作为主控芯片1，完成基于传感器所提供信息的飞行器姿态解算，并读取控制信号，最后连续记录控制信息和姿态信息以及进行非正常飞行状态判断；
c. 选用Micro SD储存卡：选用体积小巧、价格低廉、技术成熟的Micro SD（TF）卡作为飞行数据储存卡；
d. 解算姿态信息：主控芯片可以获得三轴陀螺、三轴加速度、三轴地磁、气压温度及GPS等传感设备发来的感应数据，采用捷联惯导算法可解算出飞行器在三维空间的姿态信息，同时以三轴地磁传感器和GPS等接受的绝对地理信息对惯导解算的姿态进行修正，得到一个具有高可信度的姿态信息；
e. 读取控制信号：无人机自驾仪发给执行机构的控制信号将被并联到控制信号输入端子，然后由并串行信号转换模块将并行的控制信号转换为串行信号，并发送给主控芯片；
f. 记录：主控芯片将解算出的三维姿态信息与GPS位置信息、气压高度信息、自驾仪控制信息以时间对齐的方式一帧一帧的写入Micro SD卡；
g. 非正常飞行状态判断：主控芯片通过姿态信息和位置信息判断无人机是否已停止飞行或进入非正常飞行状态；
h. 选用无线信号发射芯片：当主控芯片检测到无人机进入非正常飞行状态后，认为出现坠机或故障，向无线信号发射芯片2输入控制信号，启动发射固定频率的求救搜寻信号，以利于地面工作人员搜寻飞行记录仪；
i. 复现飞行数据：计算机读出Micro SD卡内由记录仪写入的飞行数据信息，并将飞行数据以时间对齐的方式在显示器中形象的展示。
本发明的工作流程如图2所示，图2是本发明硬件设备运行程序流程图。

Claims (9)

1. 一种适用于中小型无人机飞行数据的记录方法，其特征在于：该方法采用功耗较小的元器件构成独立完整的飞行数据记录装置，并通过独立的可充电电源为飞行数据记录装置提供电源，以实现不占用现有无人机自驾系统资源的目的；独立完整的飞行数据记录装置中自带感应装置、主控芯片、储存和发射装置，以实现不影响无人机固有传感器数据总线的数据输出接口协议的目的。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述独立完整的飞行数据记录装置通过三轴陀螺仪和三轴加速度传感器感应无人机的三维角速度信号和三维加速度信号，通过主控芯片按捷联惯导算法解算出无人机的三维姿态信息；主控芯片根据三轴地磁感应器、GPS卫星定位装置和气压温度传感器感应无人机的地理和位置信息对解算出的无人机三维姿态信息进行修正获得具有高可信度的三维姿态信息；同时，主控芯片将从无人机自驾仪读取到控制信号根据时间对应关系与具有高可信度的三维姿态信息一一对应的写入Micro SD储存卡。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述地理和位置信息是指无人机所处位置的经纬度信息和高度信息。
4.根据权利要求1和2所述方法，其特征在于：所述主控芯片具有飞行状态判断功能，通过嵌入主控芯片内的正常飞行程序与无人机实际飞行姿态比较判断无人机是否处于正常飞行状态，当检测出非正常飞行状态时，触发无线发射芯片发射固定频率的求救搜索信号。
5.按权利要求1～4任一权利要求所述方法构成的适用于中小型无人机的飞行数据记录装置，包括黑匣子（12），其特征在于：黑匣子（12）内设有与主控芯片（1）连接的陀螺仪（6）、加速度传感器（5）、地磁传感器（4）、气压温度传感器（3）、控制信号接口（9）和GPS接口（10）；控制信号接口（9）经转换器（8）与主控芯片（1）连接；主控芯片（1）与存储元件（7）和无线信号发射芯片（2）连接；外壳（12）内设有电源（11）。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于：所述主控芯片（1）为32位单片机。
7.根据权利要求5所述装置，其特征在于：所述陀螺仪（6）、加速度传感器（5）和地磁传感器（4）分别为三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴地磁传感器。
8.根据权利要求5所述装置，其特征在于：所述存储元件（7）为Micro SD存储卡。
9.根据权利要求5所述装置，其特征在于：所述转换器（8）为由八位单片机构成的并行信号转串行信号转换器。
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