CN108045543A - 无人机的投放系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机的投放系统，包括固定组件，用于悬挂固定待投放的无人机，所述无人机包括机头与两个机翼，其中，所述悬挂固定指：固定组件分别与所述机头和两个机翼连接，以形成三点式连接，且机头朝向地面，机体呈预定投放姿态。由于本发明的固定组件与待投放的无人机是三点式连接，且固定时无人机就处于预定投放姿态，在投放时更容易使得其处于该姿态，减少调整姿态的次数，同时该姿态还利于飞机释放后获得速度，有助于飞机姿态快速拉平，减少过渡过程，保证飞机安全。另外，本发明的结构实现简单，安全可靠性高，便于工程应用。

Description

无人机的投放系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机的投放系统。

背景技术

临近空间无人机具有飞行速度快、覆盖范围广、巡航时间长、可重复利用的特点近年来在军事上具有广泛的需求。目前，无人机进入临近空间的方式主要有两种：自主爬升和球载起飞。第一种方式是无人机靠自身的动力装置爬升到预定的巡航高度，该方式对无人机的电机性能要求比较高，而且在总能量一定的情况下，爬升过程中过多的能量消耗势必会影响后续的巡航时间；此外，过多的能量需求也意味着需要配备更大功率的动力装置，这也会增加无人机本身的结构重量，减少其载荷能力。第二种方式是利用高空浮空器(搭载平台)将无人机携带到指定的高度再进行投放，该方式避免了无人机爬升过程中的能量消耗，电机设计时只需考虑巡航状态时的功率消耗即可，可以最大限度的降低能量需求，保证更长的巡航时间，而且也为减少机体本身的重量，增加载荷能力提供了有利条件。

目前，无人机的悬挂方式一般为四点式悬挂方式，也就是说，机翼两侧的两个双尾撑杆各有一个悬点，尾部有两个悬点，如此，无人机的姿态存在调整困难的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种无人机的投放系统，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种无人机的投放系统，包括：

固定组件，用于悬挂固定待投放的无人机，所述无人机包括机头与两个机翼，其中，所述悬挂固定指：固定组件分别与所述机头和两个机翼连接，以形成三点式连接，且机头朝向地面，机体呈预定投放姿态。

在本发明的一些实施例中，所述预定投放姿态指俯仰角为-90°～-76°。

在本发明的一些实施例中，还包括：

第一地面站，用于与无人机上的控制单元进行通信，从所述控制单元获取无人机的状态，即无人机的位置、高度、姿态和速度；发送第一指令至所述控制单元以控制所述无人机的状态。

在本发明的一些实施例中，还包括：

搭载平台，用于搭载所述无人机；

与所述搭载平台相连接的吊舱平台，用于监测所述搭载平台的状态，即搭载平台的位置、高度、姿态和速度，并将所述搭载平台的状态传输至第二地面站；以及

第二地面站，用于接收所述搭载平台的状态，并发送第二指令至所述吊舱平台以控制所述搭载平台的状态；以及接收第一地面站监测到无人机达到预定投放速度时发送的第一信号，并产生第三指令。

在本发明的一些实施例中，所述吊舱平台上设置有：

信号接收单元与接收天线，用于接收所述第二地面站发送的第二指令，以控制所述搭载平台的状态；

信号发射单元与发射天线，用于将所述搭载平台的状态发送至第二地面站；

导航单元，用于获取搭载平台的位置、高度和速度；

测量单元，用于获取搭载平台的姿态；

吊舱控制器，用于接收所述第三指令，产生分离吊舱和无人机的分离指令；以及

调整单元，用于调节所述固定组件来调节所述无人机的姿态，使得所述无人机达到预定投放姿态。

在本发明的一些实施例中，所述固定组件还用于连接所述搭载平台、降落伞和吊舱平台，且所述搭载平台与吊舱平台之间的固定组件长度保持不变。

在本发明的一些实施例中，其中：

在所述机头和两个机翼上各设置一个吊点，用于实现固定组件与无人机的悬挂固定；和/或

在悬挂固定所述无人机的固定组件上还设置有：三个切割装置，用于根据所述吊舱控制器的分离指令，分离所述吊舱与所述无人机。

在本发明的一些实施例中，所述搭载平台与吊舱平台之间还包括：

接收装置，用于接收所述第二地面站的第二指令；

分离装置，用于根据所述接收装置接收的第二指令，分离所述搭载平台与吊舱平台；

降落伞，用于将与搭载平台分离后的吊舱带回地面；以及

自毁装置，用于毁坏与吊舱平台分离后的搭载平台。

在本发明的一些实施例中，所述吊舱平台上还设置有：

摄像机，用于监测无人机的姿态，并将所述无人机的姿态输出至第二地面站。

在本发明的一些实施例中，其中：

若第二地面站监测到无人机在上升过程中存在翻滚的状态；则第二地面站还用于发送终止指令至所述信号接收单元，终止投放任务；和/或

在无人机下降之前，第二地面站监测到无人机未处于预定投放姿态时，发送第二指令至信号接收单元，信号接收单元输出第二指令至调整单元，若调整单元无法使得无人机处于预定投放姿态，则第二地面站还用于发送终止指令至所述信号接收单元，终止投放任务；和/或

当所述吊舱控制器不能接收所述第三指令时，所述第二地面站还用于发送遥控指令至所述三个切割装置，以分离所述吊舱与所述无人机。

(三)有益效果

本发明的无人机的投放系统，相较于现有技术，至少具有以下优点：

1、固定组件与待投放的无人机是三点式连接，且机体呈预定投放姿态，固定时无人机就处于预定投放姿态，在投放时更容易使得无人机处于该姿态，减少调整姿态的次数，同时，该姿态还利于飞机释放后获得速度，有助于飞机姿态快速拉平，减少过渡过程，保证飞机安全。另外，本发明的结构实现简单，安全可靠性高，便于工程应用。

2、本发明还有特别针对异常情况的措施：本发明无人机的姿态还可通过摄像机由第二地面站实时观测，当无人机在上升时，便于及早发现问题，及时终止任务，降低投放风险；当无人机下降之前，第二地面站监测到无人机未处于预定投放姿态时，发送第二指令至调整单元，若调整单元无法使得无人机处于预定投放姿态，则第二地面站发送终止指令至所述信号接收单元，终止投放任务；同时第二地面站能够发送遥控至切割装置，避免吊舱控制器发生故障不能接收第三指令时，出现投放任务失败的情况。

附图说明

图1为本发明一具体实施例的无人机的投放系统的结构示意图。

图2对本发明实施例的无人机的投放系统的工作过程示意图。

【符号说明】

1 搭载平台 2 分离装置

3 自毁装置 4 接收装置

5 降落伞 6 导航单元

7 测量单元 8 吊舱控制器

9 信号接收单元 10 调整单元

11 吊舱平台 12 摄像机

13 发射天线 14 接收天线

15 信号发射单元 16 切割装置

17 无人机 18 第一地面站

19 第二地面站 20 固定组件

具体实施方式

基于现有技中无人机与固定组件的四点式连接相比，存在不易调节无人机的投放姿态的缺陷，本发明提供了一种无人机的投放系统，固定组件与待投放的无人机是三点式连接，且机体呈预定投放姿态，固定时无人机就处于预定投放姿态，在投放时更容易使得无人机处于该姿态，减少调整姿态的次数，同时，这样设置还利于飞机释放后获得速度，有助于飞机姿态快速拉平，减少过渡过程，保证飞机安全。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

图1为本发明一具体实施例的无人机的投放系统的结构示意图，如图1所示，该无人机的投放系统包括：固定组件20，用于悬挂固定待投放的无人机17，所述无人机17包括机头与两个机翼，其中，所述悬挂固定指：固定组件20分别与所述机头和两个机翼连接，以形成三点式连接，且机头朝向地面(为了在无人机投放后快速获得初速度)，机体呈预定投放姿态。

在本发明的一些实施例中，可以在机头与两个机翼设置三个吊点，因此，只需调节固定组件20的长度，以及其与垂直方向的夹角，即可调节无人机17的俯仰角和投放姿态。其中，预定投放姿态与无人机本身的参数有关，本发明实施例的预定投放姿态可以指俯仰角为-90°～-76°。

一般来说，无人机17上都会设置有控制单元，可以包括：惯性导航设备、飞行控制计算机、数据链路、大气计算机、温度传感器和空速管等，从而获取无人机17的状态，即无人机17的位置、高度、姿态和速度，并将其发送至第一地面站18。本发明通过第一地面站18实现对无人机17的状态的控制，具体地，第一地面站18接收无人机17的状态产生第一指令，并将第一指令发送至所述控制单元以控制所述无人机17的状态。

无人机17的投放需要搭载平台1作为无人机17的载体(例如气球、飞艇等)，而搭载平台1上一般不设置传感器、控制器等单元，因此，很难监测到搭载平台1的状态。由此，本发明增加了一吊舱平台11(详见图1)，通过固定组件20与该搭载平台1相连接，即可通过吊舱平台11上的一些传感器、控制器等单元来监测吊舱平台11的状态，从而确定搭载平台1的状态。还需要说明的是，固定组件20还用于连接所述搭载平台1、降落伞5和吊舱平台11，且所述搭载平台1与吊舱平台11之间的固定组件20长度保持不变。如此，搭载平台1的高度只需将吊舱平台11的高度加上二者之间的固定组件20的长度，即可得到搭载平台1的高度。

相应地，为了控制搭载平台1的状态即搭载平台1的位置、高度、姿态和速度，本发明还增加了一第二地面站19，其工作过程大致为：吊舱平台11将吊舱平台11的状态传送至第二地面站19，第二地面站19接收该吊舱平台11的状态产生第二指令，并发送第二指令至吊舱平台11来控制吊舱平台11的状态，从而控制搭载平台1的状态。

根据本发明的一种实施例，如图1所示，吊舱平台11可以包括：信号接收单元9与接收天线14、信号发射单元15与发射天线13、导航单元6、测量单元7、吊舱控制器8和调整单元10。

信号接收单元9与接收天线14，用于接收所述第二地面站19发送的第二指令，以控制所述搭载平台1的状态。

信号发射单元15与发射天线13，用于将所述搭载平台1的状态发送至第二地面站19。

导航单元6，用于获取搭载平台1的位置、高度和速度。

测量单元7，用于获取搭载平台1的姿态。

吊舱控制器8，用于接收所述第三指令，产生分离吊舱和无人机17的分离指令。接着就介绍第三指令的产生过程：第一地面站18监测到无人机17达到预定投放速度时，产生并输出第一信号至第二地面站19，第二地面站19接收第一信号，产生并输出第三指令。

调整单元10，用于调节所述固定组件20来调节所述无人机17的姿态，使得所述无人机17达到预定投放姿态。

考虑到无人机17投放时搭载平台1与吊舱平台11的分离，在搭载平台1与吊舱平台11之间还可以设置：

接收装置4，用于接收所述第二地面站19的第二指令；

分离装置2，用于根据所述接收装置4接收的第二指令，分离所述搭载平台1与吊舱平台11；

降落伞5，用于将与搭载平台1分离后的吊舱带回地面。

自毁装置3，用于毁坏与吊舱平台11分离后的搭载平台1。

可以理解的是，在与三个吊点连接的固定组件20上还设置有三个切割装置16，用于根据吊舱控制器8的分离指令，分离吊舱和无人机17。

需要注意的是，当所述吊舱控制器8不能接收所述第三指令时，第二地面站19可以直接发送遥控指令至所述三个切割装置16，以分离所述吊舱与所述无人机17。

另外，在吊舱平台11上还设置有一摄像机12，用于监测无人机17的姿态，并将所述无人机17的状态输出至第二地面站19。这样设置是为了达到以下的两种效果：

由于阵风干扰，飞机会出现姿态翻滚现象即姿态异常，不具备正常飞行条件，当第二地面站19监测到无人机处于姿态异常状态时，还可以发送终止指令至所述信号接收单元9，终止投放任务；以及

当第二地面站19监测到无人机17未处于预定投放姿态时，发送第二指令至信号接收单元9，信号接收单元9输出第二指令至调整单元10，若调整单元10无法使得无人机处于预定投放姿态，则第二地面站19同可以样发送终止指令至所述信号接收单元9，终止投放任务，从而保障无人机的安全，降低投放风险。

接下来，就结合图2对本发明的无人机的投放系统的工作过程进行简要介绍。无人机的投放系统整体处于上升状态，判断无人机的姿态是否出现异常(例如翻滚现象)，若此时无人机处于异常姿态，其已经不具备正常飞行条件，则终止投放。若无人机的姿态未处于异常姿态，则系统整体继续上升直到无人机到达预定投放高度(可以根据用户的实际需求进行改变)，此时判断无人机是否处于预定投放姿态。

若此时无人机未处于预定投放姿态，则通过调整单元调整其姿态，若调整单元无法将无人机的姿态调整为预定投放姿态，则终止投放。若无人机此时或者经过调整单元后处于预定投放姿态，则无人机在固定组件的牵引下下滑直至达到预定投放速度(与无人机本身的参数以及用户的需求有关)。

此时，第一地面站监测到无人机达到预定投放速度时，产生并输出第一信号至第二地面站，第二地面站接收第一信号，产生并输出第三指令。吊舱控制器接收所述第三指令，产生分离吊舱和无人机的分离指令。三个切割装置接收第三指令，分离所述吊舱与所述无人机，实现无人机的投放。

综上所述，本发明的无人机投放系统中无人机的初始状态就是预定投放姿态，在投放时也更容易处于预定投放姿态，可以减少调整姿态的次数，同时，无人机的三点式固定方式还利于飞机释放后获得速度，有助于飞机姿态快速拉平，减少过渡过程，保证飞机安全。可见，本发明的结构实现简单，安全可靠性高，便于工程应用。

需要注意的是，若吊舱控制器出现故障，未接收到第三指令，不能分离无人机与搭载平台，无法实现投放，此时，第二地面站可以直接发送遥控指令至所述三个切割装置，分离所述吊舱与所述无人机，确保无人机在达到预定投放速度时投放成功。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人机的投放系统，包括：

固定组件，用于悬挂固定待投放的无人机，所述无人机包括机头与两个机翼，其中，所述悬挂固定指：固定组件分别与所述机头和两个机翼连接，以形成三点式连接，且机头朝向地面，机体呈预定投放姿态。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定投放姿态指俯仰角为-90°～-76°。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，还包括：

第一地面站，用于与无人机上的控制单元进行通信，从所述控制单元获取无人机的状态，即无人机的位置、高度、姿态和速度；发送第一指令至所述控制单元以控制所述无人机的状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，还包括：

搭载平台，用于搭载所述无人机；

与所述搭载平台相连接的吊舱平台，用于监测所述搭载平台的状态，即搭载平台的位置、高度、姿态和速度，并将所述搭载平台的状态传输至第二地面站；以及

第二地面站，用于接收所述搭载平台的状态，并发送第二指令至所述吊舱平台以控制所述搭载平台的状态；以及接收第一地面站监测到无人机达到预定投放速度时发送的第一信号，并产生第三指令。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述吊舱平台上设置有：

信号接收单元与接收天线，用于接收所述第二地面站发送的第二指令，以控制所述搭载平台的状态；

信号发射单元与发射天线，用于将所述搭载平台的状态发送至第二地面站；

导航单元，用于获取搭载平台的位置、高度和速度；

测量单元，用于获取搭载平台的姿态；

吊舱控制器，用于接收所述第三指令，产生分离吊舱和无人机的分离指令；以及

调整单元，用于调节所述固定组件来调节所述无人机的姿态，使得所述无人机达到预定投放姿态。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述固定组件还用于连接所述搭载平台、降落伞和吊舱平台，且所述搭载平台与吊舱平台之间的固定组件长度保持不变。

7.根据权利要求5所述的系统，其中：

在所述机头和两个机翼上各设置一个吊点，用于实现固定组件与无人机的悬挂固定；和/或

在悬挂固定所述无人机的固定组件上还设置有：三个切割装置，用于根据所述吊舱控制器的分离指令，分离所述吊舱与所述无人机。

8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述搭载平台与吊舱平台之间还包括：

接收装置，用于接收所述第二地面站的第二指令；

分离装置，用于根据所述接收装置接收的第二指令，分离所述搭载平台与吊舱平台；

降落伞，用于将与搭载平台分离后的吊舱带回地面；以及

自毁装置，用于毁坏与吊舱平台分离后的搭载平台。

9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述吊舱平台上还设置有：

摄像机，用于监测无人机的姿态，并将所述无人机的姿态输出至第二地面站。

10.根据权利要求9所述的系统，其中：

若第二地面站监测到无人机在上升过程中存在翻滚的状态；则第二地面站还用于发送终止指令至所述信号接收单元，终止投放任务；和/或

在无人机下降之前，第二地面站监测到无人机未处于预定投放姿态时，发送第二指令至信号接收单元，信号接收单元输出第二指令至调整单元，若调整单元无法使得无人机处于预定投放姿态，则第二地面站还用于发送终止指令至所述信号接收单元，终止投放任务；和/或

当所述吊舱控制器不能接收所述第三指令时，所述第二地面站还用于发送遥控指令至所述三个切割装置，以分离所述吊舱与所述无人机。