CN106296873A - 一种无人机避险飞行数据记录装置及方法 - Google Patents

一种无人机避险飞行数据记录装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机避险飞行数据记录装置及方法。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，还包括判断单元用于判断根据所述GPS接口无人机本体的位置信息判断无人机本体是否进入禁飞区域，进一步计算该无人机本体进入禁飞区域的距离，并判断该距离是否大于预设距离，控制无人机本体当前飞行路线返回或控制无人机降落。本发明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。

Description

一种无人机避险飞行数据记录装置及方法
技术领域
本发明涉及无人机控制技术，具体地指一种无人机避险飞行数据记录装置及方法。
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载人机，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。
无人机在空中作业时，面临着山脉、建筑物、树木、输电线路等有形障碍物的安全威胁，以及禁飞区、危险区等无形障碍的约束。如果躲避不及就会发生坠机事件、产生安全隐患，甚至对操作者或者他人造成伤害；同时也会造成一定的经济损失。对于有形障碍物，现有技术中已存在较完善的解决方案，无人机能够进行自动避让。但对于禁飞区、危险区等无形障碍，现有的无人机还无法提前识别这些区域而进行避让，从而造成无人机的工作效率的降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能具备自动避险，规避禁飞区域的无人机避险飞行数据记录装置及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种无人机避险飞行数据记录装置，包括无人机本体，所述无人机本体内设置有黑匣子，其特征在于：所述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；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；
所述主控芯片内设置有判断单元、预警单元以及强制执行单元，所述判断单元用于根据所述GPS接口无人机本体的位置信息判断无人机本体是否进入预警区域或禁飞区域，进一步计算该无人机本体进入预警区域或禁飞区域的距离，并判断该距离是否大于预设距离，如果无人机本体进入预警区域或禁飞区域的距离不大于所述预设距离，则由预警单元向所述控制信号接口输出返航指令，根据所述返航指令控制无人机本体按存储元件记录的当前飞行路线返回，如果无人机进入预警区域或禁飞区域的距离大于所述预设距离，则由强制执行单元输出禁飞指令，根据所述禁飞指令控制无人机降落。
进一步地，所述主控芯片为32位单片机。
进一步地，所述存储元件为Micro SD存储卡。
进一步地，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。
本发明还提供了运用上述装置的方法，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传感器、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存储元件。
进一步地，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。
进一步地，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。
本发明构成，独立于无人机自驾系统的一套完整的电路系统，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；辅以配备一套自动规避系统，有良好的适用性和较高的使用价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明设备运行程序流程图；
图3为本发明自动避险流程示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-主控芯片，1a-判断单元，1b-预警单元，1c-强制执行单元，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。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种无人机避险飞行数据记录装置，包括无人机本体，无人机本体内设置有黑匣子，黑匣子内设有与主控芯片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；外壳内设有电源11；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；
如图3所示，主控芯片1内设置有判断单元1a、预警单元1b以及强制执行单元1c，判断单元1a用于根据GPS接口10无人机本体的位置信息判断无人机本体是否进入预警区域或禁飞区域，进一步计算该无人机本体进入预警区域或禁飞区域的距离，并判断该距离是否大于预设距离，如果无人机本体进入预警区域或禁飞区域的距离不大于预设距离，则由预警单元1b向控制信号接口9输出返航指令，根据返航指令控制无人机本体按存储元件7记录的当前飞行路线返回，如果无人机进入预警区域或禁飞区域的距离大于预设距离，则由强制执行单元1c输出禁飞指令，根据禁飞指令控制无人机降落。
主控芯片1为32位单片机。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。
如图2所示，无人机避险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传感器、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存储元件7。
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。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机避险飞行数据记录装置，包括无人机本体，所述无人机本体内设置有黑匣子，其特征在于：所述黑匣子内设有与主控芯片(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；外壳内设有电源(11)；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；
所述主控芯片(1)内设置有判断单元(1a)、预警单元(1b)以及强制执行单元(1c)，所述判断单元(1a)用于根据所述GPS接口(10)无人机本体的位置信息判断无人机本体是否进入预警区域或禁飞区域，进一步计算该无人机本体进入预警区域或禁飞区域的距离，并判断该距离是否大于预设距离，如果无人机本体进入预警区域或禁飞区域的距离不大于所述预设距离，则由预警单元(1b)向所述控制信号接口(9)输出返航指令，根据所述返航指令控制无人机本体按存储元件(7)记录的当前飞行路线返回，如果无人机进入预警区域或禁飞区域的距离大于所述预设距离，则由强制执行单元(1c)输出禁飞指令，根据所述禁飞指令控制无人机降落。
2.根据权利要求1所述的无人机避险飞行数据记录装置，其特征在于：所述主控芯片(1)为32位单片机。
3.根据权利要求1所述的无人机避险飞行数据记录装置，其特征在于：所述存储元件(7)为Micro SD存储卡。
4.根据权利要求1所述的无人机避险飞行数据记录装置，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。
5.应用权利要求1所述的一种无人机避险飞行数据记录装置的记录方法，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；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传感器、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存储元件(7)。
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求5或6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。
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