CN108681336A - 一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,包括飞行器机体和定位节点模块,所述飞行器机体的内部设置有控制平台,所述控制平台的双向端口通过遥控通信链路与地面站相连接,所述控制平台内部设置有嵌入式控制器,所述嵌入式控制器的输入端与定位节点模块相连接,所述控制平台的输入端还连接有无线传感网络模块,所述无线传感网络模块包括传感器组、六轴陀螺仪和磁航向检测仪,所述无线传感网络模块通过无线网络与定位节点模块相互交互,所述控制平台的输出端还通过控制线控制4路PWM电机,所述控制平台的输出端还连接有低压报警器,整个系统具有精度高、成本低、功耗低、体积小等优点。

Description

一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统
技术领域
本发明涉及飞行器摄像定位系统技术领域,具体为一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统。
背景技术
定位就是确定目标在空间的位置,可以是确定自身的位置,也可以是确定其他个体的位置,在小区域内或自己熟悉的地方,人们可以根据自己的眼睛看到的信息确定自身和其他个体的位置,但是若在大区域陌生的环境,人们往往借助人造的定位系统来获得位置信息。这些定位系统需要设定位置己知参考节点,来实现位置未知的目标在坐标系中的定位。这些定位系统获取的位置信息可以分为物理位置和符号位置两大类。物理位置就是目标在设定的坐标系下的具体位置数值,表明目标的相对位置或绝对位置。符号位置指目标与若千个参考节点的接近程度,只提供目标的大致位置,现有定位系统中定位精度不高,还存在一定的限制:
(1)现有的定位系统使用基于红外技术的定位装置,利用了红外技术的有源标签,该标签能够对处于建筑物内的物体进行定位,然后它的不足之处是:被测物体要与红外线接收器在一条直线上,定位距离短,正是因为这些不足,导致其发展前景有限;
(2)现有的很多研究单位都开展了各种定位技术方面的研究,但发展至今仍然没有一种定位方式能够满足担负起重任得以普遍推广。宄其原因,主要是没有一种定位系统能够同时具有精度高、成本低、功耗低、体积小等特点,而是只有其中的某些特点,限制了其推广。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,利用传感器技术进行定位保证精度前提下低功耗、低成本、无需其他硬件外设,在地面布设有大量信标节点的系统中可以取代,GPS实现定位;本发明提出节点立体定位,获得节点经度、炜度、高度,是飞行器可以实时迅速确定指定位置,进行点对点数据采集、通讯中继、语音通信等功能,整个系统具有精度高、成本低、功耗低、体积小等特点,能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,包括飞行器机体和定位节点模块,所述飞行器机体的内部设置有控制平台,所述控制平台的双向端口通过遥控通信链路与地面站相连接,所述控制平台内部设置有嵌入式控制器,所述嵌入式控制器的输入端与定位节点模块相连接,所述控制平台的输入端还连接有无线传感网络模块;
所述无线传感网络模块包括传感器组、六轴陀螺仪和磁航向检测仪,所述无线传感网络模块通过无线网络与定位节点模块相互交互,所述控制平台的输出端设置有多个扩展接口,且在控制平台的输出端还通过控制线控制4路PWM电机,所述控制平台的输出端还连接有低压报警器,所述低压报警器的内部还设置有警报指示灯。
作为本发明一种有选的技术方案,所述控制平台的网口处还连接着以太网控制器,所述以太网控制器的输出端通过无线网络与定位服务器相连接,所述定位服务器的内部设置有数据库、智能无线路由器控制器和客户端通信器,所述智能无线路由器控制器和客户端通信器均通过无线网口接收无线信号,所述智能无线路由器控制器和客户端通信器的输出端均通过同步管理器连接有定位器,所述定位器的双向端口与数据库实现数据交互。
作为本发明一种有选的技术方案,所述控制平台的双向端口连接有无线收发器和遥控接收器,所述遥控接收器通过遥控接收链路与遥控器相连接,所述无线收发器的双向端口通过无线网络与PC机相连接。
作为本发明一种有选的技术方案,所述定位节点模块内部将单片机控制器作为主控制器,所述单片机控制器的输出端连接有测距模块,所述单片机控制器的电源端与供电电路相连接,所述供电电路的输出端还与控制平台相连接,所述单片机控制器的输出端还通过SPI接口与无线传感网路模块相连接。
作为本发明一种有选的技术方案,所述单片机控制器的输出端还连接着全方位天线。
作为本发明一种有选的技术方案,所述遥控接收器内部设置有接收信号模块和发射信号模块,所述接收信号模块和发射信号模块之间通过PPM信号格式进行数据交互。
作为本发明一种有选的技术方案,所述接收信号模块包括低噪音放大器、增益放大器和低通滤波器,所述低噪音放大器接收信号,且低噪音放大器的输出端通过增益放大器与低通滤波器相连接,所述低通滤波器的输出端通过变增益放大器与数模转换器相连接。
作为本发明一种有选的技术方案,所述发射信号模块接收数模转换器的输出信号,且发射信号模块内部利用滤波器和信号放大器对信号进行处理,所述滤波器处理数模转换器输出信号,且滤波器的输出端与信号放大器相连接,所述发射信号模块的输出端与全方位天线相连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明在飞行器机体内部以微控制器为核心,集成了各种机载传感器和动力驱动系统,有的还配有地面站测控装置的数字控制系统,通过对系统的资源进行一个统一的调度和分配,使各个环节相互协调工作,完成对飞行器的控制作用,并且利用传感网络系统满足飞行器对自身飞行状态信息的测量和飞行控制律等相关任务,对系统进行数字、灵活性操作,实用性强且成本较低;
(2)本发明通过安装在机架内部的传感器组及六轴陀螺仪组成一个捷联惯导系统,对四旋翼飞行器的飞行姿态进行控制,将测量到的高度信息数据传送给主控制器,主控制器经过计算和转换得到飞行器的高度信息;磁航向计负责将飞行器的方向信息传送给主控制器,然后经过主控制器处理分析,实现对飞行器航向的控制;定位节点模块将采集到的位置信息发送给地面站接收设备,经过地面站设备的处理,可以实现对飞行器的定位以及导航的功能;
(3)本发明整个定位系统具有实时、有效的采集到传感器组、角速率陀螺、磁航向计等机载传感器信息的能力,为了方便后期的扩展功能,还需预留扩展口,且能够快速从传感器中获取到所需要的有用数据和信息,确定当前飞行器的飞行状态,能够通过无线通信链路实现控制指令的传送,并将飞行器飞行状态返回给地面接收装置,方便地面站对四旋翼飞行器进行控制和飞行状态监测。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明的定位节点模块结构示意图;
图3为本发明的遥控接收器结构示意图。
图中:1-飞行器机体;2-定位节点模块;3-控制平台;4-地面站;5-无线传感网络模块;6-定位服务器;
100-扩展接口;101-4路PWM电机;102-低压报警器;103-警报指示灯;104-以太网控制器;105-遥控接收器;106-遥控器;107-PC机;108-接收信号模块;109-发射信号模块;110-低噪音放大器;111-增益放大器;112-低通滤波器;113-变增益放大器;114-数模转换器;115-滤波器;116-信号放大器;
200-单片机控制器;201-测距模块;202-供电电路;203-SPI接口;204-全方位天线;
500-传感器组;501-六轴陀螺仪;502-磁航向检测仪;
600-定位器;601-数据库;602-智能无线路由器控制器;603-客户端通信器;604-同步管理器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明提供了一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,包括飞行器机体1和定位节点模块2,所述飞行器机体1的内部设置有控制平台3,所述控制平台3的双向端口通过遥控通信链路与地面站4相连接,所述控制平台3内部设置有嵌入式控制器300,所述嵌入式控制器300采用基于Cortex-M3内核的微控制器,本发明选用的是STM32F103X系列的高性能微控制器STM32F103RET6芯片,具有性能高、功耗低、性价比等优点,所述嵌入式控制器300的输入端与定位节点模块2相连接,所述控制平台3的输入端还连接有无线传感网络模块5,所述无线传感网络模块5包括传感器组500、六轴陀螺仪501和磁航向检测仪502,所述六轴陀螺仪501用于检测机体相对于导航坐标系的角速度信号,通过测量物体在三维立体空间里面的加速度与角速度,并通过这两个信号解算出飞行器的飞行姿态,所述无线传感网络模块5通过无线网络与定位节点模块2相互交互,所述控制平台3的输出端设置有多个扩展接口100,且在控制平台3的输出端还通过控制线控制4路PWM电机101,所述控制平台3的输出端还连接有低压报警器102,所述低压报警器102的内部还设置有警报指示灯103。
所述传感器组500主要包括高度传感器、速度传感器以及加速度传感器,利用传感器组500检测机体的检测物体的加速度信号以及位置信息。
所述磁航向检测仪502,主要用于航向的保持和控制,本发明采用HMC5883L磁强计。HMC5883L带有数字接口,是一种表面贴装的弱磁传感器芯片,它的集成度高、价格低廉,非常适合于低成本罗盘以及磁场检测等领域。HMC5883L包括了HMC118X系列磁阻传感器,分辨率非常高。
所述地面站4控制系统主要包括PC机、无线数据传送模块、上位机显示界面等等,可完成以下控制功能:
(1)能够通过无线通信链路接收飞行器下传的姿态、位置、航向等信息,并能够发送控制指令给机载飞控系统;
(2)能够实现手动和自动飞行模式的快捷切换,在遇到故障时,能够使用手动无线遥控器对飞行器进行控制。
(3)从地面站测控软件上可以直观的观测到飞行器当前的飞行状态信息,方便对飞行器的控制。
(4)能够对飞行器的飞行数据进行记录存储,可以在线对飞行器的控制律参数进行调试。
如图1所示,所述控制平台3的网口处还连接着以太网控制器104,所述以太网控制器104的输出端通过无线网络与定位服务器6相连接,所述定位服务器6的内部设置有数据库601、智能无线路由器控制器602和客户端通信器603,所述智能无线路由器控制器602和客户端通信器603通过无线网口接收无线信号,所述智能无线路由器控制器602和客户端通信器603的输出端均通过同步管理器604与定位器600相连接,所述定位器600的双向端口处与数据库601实现数据交互;所述控制平台3的双向端口处连接着无线收发器104和遥控接收器105,所述遥控接收器105通过遥控接收链路与遥控器106相连接,所述无线收发器104的双向端口通过无线网络与PC机107相连接。
如图2所示,所述定位节点模块2内部将单片机控制器200作为主控制器,所述单片机控制器200的输出端连接有测距模块201,所述单片机控制器200的电源端与供电电路202相连接,所述供电电路202的输出端还与控制平台3相连接,所述单片机控制器200的输出端还通过SPI接口203与无线传感网路模块5相连接;所述单片机控制器200的输出端还连接着全方位天线204,所述测距模块201采用NA5TR1型号的芯片,该NA5TR1芯片中有三个可以对中心频率进行任意调整的非重叠频道,该频道频率为204GHZ,可以支持若干个物理层网络,同时NA5TR1芯片中集成了性能非常好的控制器,这个控制器可以用于载波侦听、多路访问冲突避免等功能的实现过程,同时还有前向纠错和位硬件加密的功能。
如图3所示,所述遥控接收器105内部设置有接收信号模块108和发射信号模块109,所述接收信号模块108和发射信号模块109之间通过PPM信号格式进行数据交互;所述接收信号模块108包括低噪音放大器110、增益放大器111和低通滤波器112,所述低噪音放大器110接收信号,且低噪音放大器110的输出端通过增益放大器111与低通滤波器112相连接,所述低通滤波器112的输出端通过变增益放大器113与数模转换器114相连接,所述发射信号模块109接收数模转换器114的输出信号,且发射信号模块109内部利用滤波器115和信号放大器116对信号进行处理,所述滤波器115处理数模转换器114输出信号,且滤波器115的输出端与信号放大器116相连接,所述发射信号模块109的输出端与全方位天线204相连接,通过各种滤波器以及信号处理器对对传输的脉冲进行处理,使得整个装置接收的信号频率更加稳定。
综上所述,本发明的主要特点在于:
(1)本发明在飞行器机体内部以微控制器为核心,集成了各种机载传感器和动力驱动系统,有的还配有地面站测控装置的数字控制系统,通过对系统的资源进行一个统一的调度和分配,使各个环节相互协调工作,完成对飞行器的控制作用,并且利用传感网络系统满足飞行器对自身飞行状态信息的测量和飞行控制律等相关任务,对系统进行数字、灵活性操作,实用性强且成本较低;
(2)本发明通过安装在机架内部的传感器组及六轴陀螺仪组成一个捷联惯导系统,对四旋翼飞行器的飞行姿态进行控制,将测量到的高度信息数据传送给主控制器,主控制器经过计算和转换得到飞行器的高度信息;磁航向计负责将飞行器的方向信息传送给主控制器,然后经过主控制器处理分析,实现对飞行器航向的控制;定位节点模块将采集到的位置信息发送给地面站接收设备,经过地面站设备的处理,可以实现对飞行器的定位以及导航的功能;
(3)本发明整个定位系统具有实时、有效的采集到传感器组、角速率陀螺、磁航向计等机载传感器信息的能力,为了方便后期的扩展功能,还需预留扩展口,且能够快速从传感器中获取到所需要的有用数据和信息,确定当前飞行器的飞行状态,能够通过无线通信链路实现控制指令的传送,并将飞行器飞行状态返回给地面接收装置,方便地面站对四旋翼飞行器进行控制和飞行状态监测。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:包括飞行器机体(1)和定位节点模块(2),所述飞行器机体(1)的内部设置有控制平台(3),所述控制平台(3)的双向端口通过遥控通信链路与地面站(4)相连接,所述控制平台(3)内部设置有嵌入式控制器(300),所述嵌入式控制器(300)的输入端与定位节点模块(2)相连接,所述控制平台(3)的输入端还连接有无线传感网络模块(5);
所述无线传感网络模块(5)包括传感器组(500)、六轴陀螺仪(501)和磁航向检测仪(502),所述无线传感网络模块(5)通过无线网络与定位节点模块(2)相互交互,所述控制平台(3)的输出端设置有多个扩展接口(100),且在控制平台(3)的输出端还通过控制线控制4路PWM电机(101),所述控制平台(3)的输出端还连接有低压报警器(102),所述低压报警器(102)的内部还设置有警报指示灯(103)。
2.根据权利要求1所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述控制平台(3)的网口处还连接着以太网控制器(104),所述以太网控制器(104)的输出端通过无线网络与定位服务器(6)相连接,所述定位服务器(6)的内部设置有数据库(601)、智能无线路由器控制器(602)和客户端通信器(603),所述智能无线路由器控制器(602)和客户端通信器(603)均通过无线网口接收无线信号,所述智能无线路由器控制器(602)和客户端通信器(603)的输出端均通过同步管理器(604)连接有定位器(600),所述定位器(600)的双向端口与数据库(601)实现数据交互。
3.根据权利要求1所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述控制平台(3)的双向端口连接有无线收发器(104)和遥控接收器(105),所述遥控接收器(105)通过遥控接收链路与遥控器(106)相连接,所述无线收发器(104)的双向端口通过无线网络与PC机(107)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述定位节点模块(2)内部将单片机控制器(200)作为主控制器,所述单片机控制器(200)的输出端连接有测距模块(201),所述单片机控制器(200)的电源端与供电电路(202)相连接,所述供电电路(202)的输出端还与控制平台(3)相连接,所述单片机控制器(200)的输出端还通过SPI接口(203)与无线传感网路模块(5)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述单片机控制器(200)的输出端还连接着全方位天线(204)。
6.根据权利要求3所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述遥控接收器(105)内部设置有接收信号模块(108)和发射信号模块(109),所述接收信号模块(108)和发射信号模块(109)之间通过PPM信号格式进行数据交互。
7.根据权利要求6所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述接收信号模块(108)包括低噪音放大器(110)、增益放大器(111)和低通滤波器(112),所述低噪音放大器(110)接收信号,且低噪音放大器(110)的输出端通过增益放大器(111)与低通滤波器(112)相连接,所述低通滤波器(112)的输出端通过变增益放大器(113)与数模转换器(114)相连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于传感器技术的飞行器摄像定位系统,其特征在于:所述发射信号模块(109)接收数模转换器(114)的输出信号,且发射信号模块(109)内部利用滤波器(115)和信号放大器(116)对信号进行处理,所述滤波器(115)处理数模转换器(114)输出信号,且滤波器(115)的输出端与信号放大器(116)相连接,所述发射信号模块(109)的输出端与全方位天线(204)相连接。
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