CN109116861A - 一种无人机地面控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机地面控制系统，属于无人机技术领域，包括处理器模块、编队集群遥控飞行模块、编队集群控制模块、巡航控制模块、返航控制模块、安全监控模块、显示器、智能充电模块、存储器、数据传输模块和数据通讯模块，安全监控模块与声光报警模块连接，处理器模块还分别与人机交互模块、语音交互模块和散热器连接，存储器与本地嵌入式数据库连接，本地嵌入式数据库与云端数据库连接，编队集群遥控飞行模块与信号编码模块连接。本发明通过获取无人机位置和飞行姿态，确定飞行区域，按照对应飞行控制策略，控制无人机及编队飞行，实现人机操作，对地面控制系统散热，保证有效运行，实时故障监控，保证安全，适于大范围推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人机地面控制系统，属于无人机技术领域。
背景技术
无人机可以搭载遥感影像设备，获取地物高清视频影像，并通过图传设备实时传回地面端。地面站是无人机系统的必要组成，主要完成航迹规划、飞行控制、载荷控制、综合显示等功能。目前的无人机地面控制系统受处理能力的限制一般只对无人机回传的视频影像进行显示，比如公开号为CN203117728U的《无人机单兵便携地面控制站系统》专利文献所描述的地面站系统，当遇到有全景拼接、三维重建等图像处理需求时，则需要增加机载或地面站存储模块，通过先拍摄，后处理的方式来完成，先将无人机拍摄的视频影像存储在机载端或者地面站，等拍摄任务执行完后，再结合飞行参数进行图像分析处理工作；公开号为CN103942273A的《一种空中快速响应动态监测系统及其动态监测方法》专利文献中，采用的是机载端大容量存储器，等飞行任务执行完毕后，地面站快速浏览与拼接模块才能执行全景拼接；公开号为CN103941745A的《用于无人机输电线路巡检的移动子站及工作方法》专利文献采用的是地面站存储器，等飞行任务执行完后，移动子站结合飞行日志进行图像分析处理，寻找巡检线路缺陷，得到飞行报告，再将飞行报告发送到集中监控子系统，但是目前的无人机地面监控系统中，无法使无人机提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机的效率降低，同时存在安全隐患，且在这个过程中，目前的无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种无人机地面控制系统，用于解决目前无人机在工作中，无法提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机的效率低的问题，同时用于解决目前无人机在工作中无法进行无人机编队集群控制，造成无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行的问题。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种无人机地面控制系统，包括处理器模块、编队集群遥控飞行模块、编队集群控制模块、巡航控制模块、返航控制模块、安全监控模块、显示器、智能充电模块和存储器，所述处理器模块分别与所述编队集群遥控飞行模块、所述编队集群控制模块、所述巡航控制模块、所述显示器、所述智能充电模块和所述存储器电连接，所述巡航控制模块分别与所述返航控制模块和所述安全监控模块电连接；所述处理器模块用于计算无人机编队集群中各个无人机相互距离及相对速度，并计算各个无人机的当前位置和姿态；所述编队集群遥控飞行模块通过遥控器向各个无人机发送控制指令，使无人机按照接收到的控制指令飞行；所述编队集群控制模块向无人机机载设备发送指令，进行无人机编队集群控制，获取无人机编队集群的当前位置和各个无人机的姿态；所述巡航控制模块包括内环控制模块和外环控制模块，用于单个无人机巡航控制，所述内环控制模块用于控制单个无人机的姿态，所述外环控制模块用于控制单个无人机的位置和速度；所述返航控制模块用于在与单个无人机间的通信出现故障或单个无人机出现机械故障时，出现故障的无人机按照原路径返回至起点或指定地点，还用于在无人机编队集群完成任务后，按照原路径返回至起点或指定地点；所述安全监控模块用于判断地面控制系统与单个无人机间的通信是否出现故障或单个无人机是否出现机械故障；所述显示器内设有气压计、指南针、温度计和高度计，所述显示器用于显示无人机指令及无人机的位置、速度、姿态；所述智能充电模块用于为地面控制系统提供电源；所述存储器用于存储地面控制系统数据。
进一步的，还包括数据传输模块和数据通讯模块，所述数据传输模块和所述数据通讯模块分别与所述编队集群控制模块电连接，所述无人机编队集群处于编队集群遥控飞行模式时，无人机编队集群的位置信息通过所述数据传输模块传输到地面控制系统，并显示在所述显示器上，所述无人机编队集群处于巡航控制模式时，各个无人机的位置信息通过所述数据通讯模块传输到地面控制系统，并显示在所述显示器上。
进一步的，所述编队集群控制模块通过所述数据通讯模块与无人机编队集群连接，进行无人机编队集群控制，接收无人机相互距离及相对速度，获取无人机的当前位置和姿态，并根据无人机相互距离及相对速度，判断无人机编队集群是否运行正常及安全，并根据所述无人机的当前位置和姿态，判断该无人机是否即将进入飞行区域或禁飞区域。
进一步的，所述安全监控模块与声光报警模块电连接，所述声光报警模块用于在与单个无人机间的通信出现故障或单个无人机出现机械故障时发出声光报警信号。
进一步的，所述内环控制模块采用自适应鲁棒控制算法和mahony算法，所述外环控制模块采用模糊PID控制算法，所述mahony算法是根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角。
进一步的，所述巡航控制模块用于不断检测无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统是否正常，所述巡航控制模块还用于不断检测无人机的位置信息，判断无人机是否已行驶至目的地。
进一步的，所述处理器模块还分别与人机交互模块、语音交互模块和散热器电连接，所述人机交互模块用于提供人机交互界面，所述语音交互模块用于提供语音交互界面，所述散热器用于为地面控制系统提供散热。
进一步的，所述处理器模块与所述智能充电模块之间设有电源管理模块，所述电源管理模块用于管理所述智能充电模块，在所述处理器模块停止工作时，所述电源管理模块控制所述智能充电模块停止供电。
进一步的，所述存储器与本地嵌入式数据库电连接，所述本地嵌入式数据库与云端数据库无线连接。
进一步的，所述编队集群遥控飞行模块与信号编码模块电连接，所述信号编码模块与遥控天线电连接，所述遥控天线用于与无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统通信连接。
本发明的有益技术效果：按照本发明的无人机地面控制系统，本发明提供的无人机地面控制系统，解决了目前无人机在工作中无法提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机的效率低的问题，同时解决了目前无人机在工作中无法进行无人机编队集群控制，造成无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行的问题，通过获取无人机的当前位置和飞行姿态，并根据该当前位置和飞行姿态确定该无人机的飞行区域，按照该区域对应的飞行控制策略，控制无人机飞行，提高飞行效率和飞行安全，提高无人机编队飞行安全，通过人机交互、语音交互和显示器，能够实现人机操作，操作起来更加方便，设置散热器能够对地面控制系统进行有效散热，保证地面控制系统的有效运行，通过安全监控模块能够实现对无人机进行故障监控，保证故障无人机及时返航，通过与本地嵌入式数据库和云端数据库连接，实现数据云端存储及提取，本地面控制系统结构简单，使用方便，操作简单，适于大范围推广应用。
附图说明
图1为按照本发明的无人机地面控制系统的一优选实施例的系统结构示意图。
图中：1-处理器模块，2-编队集群遥控飞行模块，3-编队集群控制模块，4-巡航控制模块，5-返航控制模块，6-安全监控模块，7-声光报警模块，8-数据传输模块，9-数据通讯模块，10-显示器，11-人机交互模块，12-语音交互模块，13-电源管理模块，14-智能充电模块，15-存储器，16-本地嵌入式数据库，17-云端数据库，18-信号编码模块，19-遥控天线，20-散热器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的一种无人机地面控制系统，包括处理器模块1、编队集群遥控飞行模块2、编队集群控制模块3、巡航控制模块4、返航控制模块5、安全监控模块6、显示器10、智能充电模块14和存储器15，所述处理器模块1分别与所述编队集群遥控飞行模块2、所述编队集群控制模块3、所述巡航控制模块4、所述显示器10、所述智能充电模块14和所述存储器15电连接，所述巡航控制模块4分别与所述返航控制模块5和所述安全监控模块6电连接；所述处理器模块1用于计算无人机编队集群中各个无人机相互距离及相对速度，并计算各个无人机的当前位置和姿态；所述编队集群遥控飞行模块2通过遥控器向各个无人机发送控制指令，使无人机按照接收到的控制指令飞行；所述编队集群控制模块3向无人机机载设备发送指令，进行无人机编队集群控制，获取无人机编队集群的当前位置和各个无人机的姿态；所述巡航控制模块4包括内环控制模块和外环控制模块，用于单个无人机巡航控制，所述内环控制模块用于控制单个无人机的姿态，所述外环控制模块用于控制单个无人机的位置和速度；所述返航控制模块5用于在与单个无人机间的通信出现故障或单个无人机出现机械故障时，出现故障的无人机按照原路径返回至起点或指定地点，还用于在无人机编队集群完成任务后，按照原路径返回至起点或指定地点；所述安全监控模块6用于判断地面控制系统与单个无人机间的通信是否出现故障或单个无人机是否出现机械故障；所述显示器10内设有气压计、指南针、温度计和高度计，所述显示器10用于显示无人机指令及无人机的位置、速度、姿态；所述智能充电模块14用于为地面控制系统提供电源；所述存储器15用于存储地面控制系统数据。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，还包括数据传输模块8和数据通讯模块9，所述数据传输模块8和所述数据通讯模块9分别与所述编队集群控制模块3电连接，所述无人机编队集群处于编队集群遥控飞行模式时，无人机编队集群的位置信息通过所述数据传输模块8传输到地面控制系统，并显示在所述显示器10上，所述无人机编队集群处于巡航控制模式时，各个无人机的位置信息通过所述数据通讯模块9传输到地面控制系统，并显示在所述显示器10上，所述编队集群控制模块3通过所述数据通讯模块9与无人机编队集群连接，进行无人机编队集群控制，接收无人机相互距离及相对速度，获取无人机的当前位置和姿态，并根据无人机相互距离及相对速度，判断无人机编队集群是否运行正常及安全，并根据所述无人机的当前位置和姿态，判断该无人机是否即将进入飞行区域或禁飞区域。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述安全监控模块6与声光报警模块7电连接，所述声光报警模块7用于在与单个无人机间的通信出现故障或单个无人机出现机械故障时发出声光报警信号。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述内环控制模块采用自适应鲁棒控制算法和mahony算法，所述外环控制模块采用模糊PID控制算法，所述mahony算法是根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述巡航控制模块4用于不断检测无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统是否正常，所述巡航控制模块4还用于不断检测无人机的位置信息，判断无人机是否已行驶至目的地。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述处理器模块1还分别与人机交互模块11、语音交互模块12和散热器20电连接，所述人机交互模块11用于提供人机交互界面，所述语音交互模块12用于提供语音交互界面，所述散热器20用于为地面控制系统提供散热，所述处理器模块1与所述智能充电模块14之间设有电源管理模块13，所述电源管理模块13用于管理所述智能充电模块14，在所述处理器模块1停止工作时，所述电源管理模块13控制所述智能充电模块14停止供电。
进一步的，在本实施例中，如图1所示，所述存储器15与本地嵌入式数据库16电连接，所述本地嵌入式数据库16与云端数据库17无线连接，所述编队集群遥控飞行模块2与信号编码模块18电连接，所述信号编码模块18与遥控天线19电连接，所述遥控天线19用于与无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统通信连接。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的无人机地面控制系统，本实施例提供的无人机地面控制系统，解决了目前无人机在工作中无法提前识别禁飞区域而进行避让，从而造成无人机的效率低的问题，同时解决了目前无人机在工作中无法进行无人机编队集群控制，造成无人机无法实现编队集群管理及相互识别判断，影响无人机编队航行的问题，通过获取无人机的当前位置和飞行姿态，并根据该当前位置和飞行姿态确定该无人机的飞行区域，按照该区域对应的飞行控制策略，控制无人机飞行，提高飞行效率和飞行安全，提高无人机编队飞行安全，通过人机交互、语音交互和显示器，能够实现人机操作，操作起来更加方便，设置散热器能够对地面控制系统进行有效散热，保证地面控制系统的有效运行，通过安全监控模块能够实现对无人机进行故障监控，保证故障无人机及时返航，通过与本地嵌入式数据库和云端数据库连接，实现数据云端存储及提取，本地面控制系统结构简单，使用方便，操作简单，适于大范围推广应用。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无人机地面控制系统，其特征在于：包括处理器模块(1)、编队集群遥控飞行模块(2)、编队集群控制模块(3)、巡航控制模块(4)、返航控制模块(5)、安全监控模块(6)、显示器(10)、智能充电模块(14)和存储器(15)，所述处理器模块(1)分别与所述编队集群遥控飞行模块(2)、所述编队集群控制模块(3)、所述巡航控制模块(4)、所述显示器(10)、所述智能充电模块(14)和所述存储器(15)电连接，所述巡航控制模块(4)分别与所述返航控制模块(5)和所述安全监控模块(6)电连接；所述处理器模块(1)用于计算无人机编队集群中各个无人机相互距离及相对速度，并计算各个无人机的当前位置和姿态；所述编队集群遥控飞行模块(2)通过遥控器向各个无人机发送控制指令，使无人机按照接收到的控制指令飞行；所述编队集群控制模块(3)向无人机机载设备发送指令，进行无人机编队集群控制，获取无人机编队集群的当前位置和各个无人机的姿态；所述巡航控制模块(4)包括内环控制模块和外环控制模块，用于单个无人机巡航控制，所述内环控制模块用于控制单个无人机的姿态，所述外环控制模块用于控制单个无人机的位置和速度；所述返航控制模块(5)用于在与单个无人机间的通信出现故障或单个无人机出现机械故障时，出现故障的无人机按照原路径返回至起点或指定地点，还用于在无人机编队集群完成任务后，按照原路径返回至起点或指定地点；所述安全监控模块(6)用于判断地面控制系统与单个无人机间的通信是否出现故障或单个无人机是否出现机械故障；所述显示器(10)内设有气压计、指南针、温度计和高度计，所述显示器(10)用于显示无人机指令及无人机的位置、速度、姿态；所述智能充电模块(14)用于为地面控制系统提供电源；所述存储器(15)用于存储地面控制系统数据。
2.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：还包括数据传输模块(8)和数据通讯模块(9)，所述数据传输模块(8)和所述数据通讯模块(9)分别与所述编队集群控制模块(3)电连接，所述无人机编队集群处于编队集群遥控飞行模式时，无人机编队集群的位置信息通过所述数据传输模块(8)传输到地面控制系统，并显示在所述显示器(10)上，所述无人机编队集群处于巡航控制模式时，各个无人机的位置信息通过所述数据通讯模块(9)传输到地面控制系统，并显示在所述显示器(10)上。
3.根据权利要求2所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述编队集群控制模块(3)通过所述数据通讯模块(9)与无人机编队集群连接，进行无人机编队集群控制，接收无人机相互距离及相对速度，获取无人机的当前位置和姿态，并根据无人机相互距离及相对速度，判断无人机编队集群是否运行正常及安全，并根据所述无人机的当前位置和姿态，判断该无人机是否即将进入飞行区域或禁飞区域。
4.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述安全监控模块(6)与声光报警模块(7)电连接，所述声光报警模块(7)用于在与单个无人机间的通信出现故障或单个无人机出现机械故障时发出声光报警信号。
5.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述内环控制模块采用自适应鲁棒控制算法和mahony算法，所述外环控制模块采用模糊PID控制算法，所述mahony算法是根据加速度计和地磁计的数据，转换到地理坐标系后，与对应参考的重力向量和地磁向量进行求误差，这个误差用来校正陀螺仪的输出，然后用陀螺仪数据进行四元数更新，再转换到欧拉角。
6.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述巡航控制模块(4)用于不断检测无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统是否正常，所述巡航控制模块(4)还用于不断检测无人机的位置信息，判断无人机是否已行驶至目的地。
7.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述处理器模块(1)还分别与人机交互模块(11)、语音交互模块(12)和散热器(20)电连接，所述人机交互模块(11)用于提供人机交互界面，所述语音交互模块(12)用于提供语音交互界面，所述散热器(20)用于为地面控制系统提供散热。
8.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述处理器模块(1)与所述智能充电模块(14)之间设有电源管理模块(13)，所述电源管理模块(13)用于管理所述智能充电模块(14)，在所述处理器模块(1)停止工作时，所述电源管理模块(13)控制所述智能充电模块(14)停止供电。
9.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述存储器(15)与本地嵌入式数据库(16)电连接，所述本地嵌入式数据库(16)与云端数据库(17)无线连接。
10.根据权利要求1所述的一种无人机地面控制系统，其特征在于：所述编队集群遥控飞行模块(2)与信号编码模块(18)电连接，所述信号编码模块(18)与遥控天线(19)电连接，所述遥控天线(19)用于与无人机的包括数据传输和数据通讯在内的通信系统通信连接。
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