CN109405820A - 无人机航姿监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人机航姿监测系统，包括：加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块、航姿信息显示模块、GPS接收模块、数据通信模块及航姿解算模块；加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块、航姿信息显示模块、GPS接收模块、数据通信模块分别连接至航姿解算模块，航姿解算模块用于根据新型卡尔曼算法对无人机加速度、无人机角速度、无人机飞行磁偏角、无人机机身温度、无人机飞行高度及GPS接收模块获取到的无人机位置信息进行处理，以得到无人机航姿信息，并将无人机航姿信息发送至航姿信息显示模块、无人机导航系统及地面控制台。

Description

无人机航姿监测系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机航姿监测系统。
背景技术
姿态信息是无人机的重要飞行参数，对无人机的正常运行具有十分重要的意义。当下常用的导航和姿态系统主要有惯性导航、航姿系统，组合导航、航姿系统和捷联导航、航姿系统，其中，惯性导航、航姿系统，组合导航、航姿系统因为结构复杂、成本高而无法在无人机上大规模应用；而捷联导航、航姿系统由于采用数字平台代替物理平台而在无人机应用中具有巨大的优势。但是，由于计算误差、传感数据易受到环境干扰而导致捷联导航、航姿系统的精度较差。目前常用的姿态解算方法有互补滤波姿态解算算法，基于梯度下降法的姿态解算算法，基于卡尔曼滤波器的姿态解算算法，以及粒子滤波姿态解算算法。这些算法或者精度较差或者算法复杂、实时性差，难以在无人机上应用。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的无人机航姿监测系统，提高了无人机航姿数据的解算精度，并将测得航姿信息发送到地面控制平台和机载显示设备，大大提高了无人机航姿监测系统的智能化、信息化水平。
有鉴于此，根据本发明提出了一种无人机航姿监测系统，无人机航姿监控系统包括：加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块、航姿信息显示模块、GPS接收模块、数据通信模块及航姿解算模块；其中，所述加速度检测模块、所述角速度检测模块、所述磁强检测模块、所述温度检测模块、所述无线电高度检测模块、所述航姿信息显示模块、所述GPS接收模块、所述数据通信模块分别连接至所述航姿解算模块，所述航姿解算模块基于所述数据通信模块与无人机导航系统及地面控制台建立通信连接，所述航姿解算模块用于根据新型卡尔曼算法对所述加速度检测模块监测到的无人机加速度、所述角速度检测模块监测到的无人机角速度、所述磁强检测模块监测到的无人机飞行磁偏角、所述温度检测模块监测到的无人机机身温度、所述无线电高度检测模块监测到的无人机飞行高度及所述GPS接收模块获取到的无人机位置信息进行处理，以得到无人机航姿信息，并将所述无人机航姿信息发送至所述航姿信息显示模块、所述无人机导航系统及所述地面控制台。
在该技术方案中，无人机航姿监控系统整合有加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块及GPS接收模块以实现对无人机加速度、角速度、磁偏角、温度、高度以及位置信息等航姿数据的高精度测量，航姿解算模块基于新型卡尔曼算法实现对航姿数据信息的综合处理，提高了无人机航姿数据的解算精度，并将测得航姿信息发送到地面控制平台和机载显示设备，大大提高了整个系统的智能化、信息化水平。
在上述技术方案中，优选地，所述航姿解算模块包括加速度数据处理功能模块、角速度数据处理功能模块、磁强数据处理功能模块、温度数据处理功能模块、无线电高度数据处理功能模块、航姿信息显示功能模块、GPS数据处理功能模块、数据通信控制功能模块、基于新型卡尔曼算法的航姿解算功能模块、综合管理模块。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述加速度检测模块包括MEMS智能三轴加速度计、加速度误差补偿单元、第一无线通信接口单元，所述加速度检测模块基于所述第一无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述角速度检测模块包括MEMS智能三轴陀螺仪、角速度误差补偿单元、第二无线通信接口单元，所述角速度检测模块基于所述第二无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述磁强检测模块包括MEMS三轴磁强仪、磁强误差补偿单元、第三无线通信接口单元，所述磁强检测模块基于所述第三无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述温度检测模块包括数字温度传感器单元、温度误差补偿单元、第四无线通信接口单元，所述温度检测模块基于所述第四无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述无线电高度检测模块包括无线电测高单元、误差补偿单元、第五无线通信接口单元，所述无线电高度检测模块基于所述第五无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述航姿信息显示模块包括显示控制器模块、显示器模块、第六无线通信接口单元，所述航姿信息显示模块基于所述第六无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述GPS接收模块通过232串口与所述航姿解算模块建立通信连接。
在上述任一项技术方案中，优选地，所述数据通信模块包括232串口模块、ZigBee接口模块、GPRS接口模块、通信控制器模块。
在该技术方案中，数据通信模块包括有线通信接口和无线通信接口，可基于多样化的通信方式来实现数据间的交互。
通过以上技术方案，提高了无人机航姿数据的解算精度，并将测得航姿信息发送到地面控制平台和机载显示设备，大大提高了无人机航姿监测系统的智能化、信息化水平。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的无人机航姿监测系统的结构示意框图；
图2示出了图1中航姿解算模块的结构示意框图；
图3示出了图1中加速度检测模块的结构示意框图；
图4示出了图1中角速度检测模块的结构示意框图；
图5示出了图1中磁强检测模块的结构示意框图；
图6示出了图1中温度检测模块的结构示意框图；
图7示出了图1中无线电高度检测模块的结构示意框图；
图8示出了图1中航姿信息显示模块的结构示意框图；
图9示出了图1中数据通信模块的结构示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合图1至图9对本发明的技术方案做进一步说明：
如图1所示，无人机航姿监控系统包括：加速度检测模块101、角速度检测模块102、磁强检测模块103、温度检测模块104、无线电高度检测模块105、航姿信息显示模块106、GPS接收模块107、数据通信模块108及航姿解算模块109，其中，加速度检测模块101、角速度检测模块102、磁强检测模块103、温度检测模块104、无线电高度检测模块105、航姿信息显示模块106、GPS接收模块107、数据通信模块108分别连接至航姿解算模块109。
航姿解算模块109基于数据通信模块与无人机导航系统及地面控制台建立通信连接，航姿解算模块109用于根据新型卡尔曼算法对加速度检测模块101监测到的无人机加速度、角速度检测模块102监测到的无人机角速度、磁强检测模块103监测到的无人机飞行磁偏角、温度检测模块104监测到的无人机机身温度、无线电高度检测模块105监测到的无人机飞行高度及GPS接收模块106获取到的无人机位置信息进行处理，以得到无人机航姿信息，整个无人机航姿监控系统整合有加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块及GPS接收模块以实现对无人机加速度、角速度、磁偏角、温度、高度以及位置信息等航姿数据的高精度测量，航姿解算模块基于新型卡尔曼算法实现对航姿数据信息的综合处理，提高了无人机航姿数据的解算精度，并将无人机航姿信息发送至航姿信息显示模块、无人机导航系统及地面控制台，大大提高了整个系统的智能化、信息化水平。
以下对各个模块进一步说明：
如图2所示，航姿解算模块109包括加速度数据处理功能模块、角速度数据处理功能模块、磁强数据处理功能模块、温度数据处理功能模块、无线电高度数据处理功能模块、航姿信息显示功能模块、GPS数据处理功能模块、数据通信控制功能模块、基于新型卡尔曼算法的航姿解算功能模块、综合管理模块。
如图3，加速度检测模块101包括MEMS智能三轴加速度计、加速度误差补偿单元、第一无线通信接口单元，加速度检测模块基于第一无线通信接口单元与航姿解算模块109建立通信连接。其中， MEMS智能三轴加速度计优先选用西北工业大学开发的声表面波加速度计SAW-PS003，加速度误差补偿单元在ARM芯片LPC2210上基于BP神经网络实现误差补偿，第一无线通信接口单元选用芯片CC1101。
如图4所示，角速度检测模块102包括MEMS智能三轴陀螺仪、角速度误差补偿单元、第二无线通信接口单元，角速度检测模块基于所述第二无线通信接口单元与航姿解算模块109建立通信连接。其中，MEMS智能三轴陀螺仪优先选用西北工业大学开发的声表面波陀螺仪SAW-PT002，角速度误差补偿单元在ARM芯片LPC2210上基于BP神经网络实现误差补偿，第二无线通信接口单元选用芯片CC1101。
如图5所示，磁强检测模块103包括MEMS三轴磁强仪、磁强误差补偿单元、第三无线通信接口单元，磁强检测模块基于第三无线通信接口单元与航姿解算模块109建立通信连接。其中，MEMS三轴陀螺仪优先选用HMC5883L陀螺仪芯片，磁强误差补偿单元在ARM芯片LPC2210上基于BP神经网络实现误差补偿，第三无线通信接口单元选用芯片CC1101。
如图6，温度检测模104包括数字温度传感器单元、温度误差补偿单元、第四无线通信接口单元，温度检测模块基于第四无线通信接口单元与航姿解算模块109建立通信连接。其中，数字温度传感器单元优先选用DS18B20温度传感器，温度误差补偿单元在ARM芯片LPC2210上基于BP神经网络实现误差补偿，第四无线通信接口单元选用芯片CC1101。
如图7所示无线电高度检测模块105包括无线电测高单元、误差补偿单元、第五无线通信接口单元，无线电高度检测模块基于第五无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。其中，无线电测高单元优先选用豪恩科技公司的HT-208A1型无线电高度表，误差补偿单元在ARM芯片LPC2210上基于BP神经网络实现误差补偿，第五无线通信接口单元选用芯片CC1101。
如图8所示，航姿信息显示模块106包括显示控制器模块、显示器模块、第六无线通信接口单元，航姿信息显示模块基于第六无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。其中，显示器模块优先选用微雪Arduino LCD模块2.8寸液晶显示模块HX8347D，显示控制器模块在ARM芯片LPC2210上实现，第五无线通信接口单元选用芯片CC1101。
GPS接收模块107优先选用TELESKY公司GPS模块 NEO-7N UBLOX。GPS接收模块通过232串口与航姿解算模块109建立通信连接。
如图9所示，数据通信模块108包括232串口模块、ZigBee接口模块、GPRS接口模块、通信控制器模块。其中，ZigBee接口选用CC1101芯片，GPRS接口选用G200模块，通信控制器模块选用AT89C52单片机。
在该技术方案中，数据通信模块包括有线通信接口和无线通信接口，可基于多样化的通信方式来实现数据间的交互。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明的技术方案提出了一种新的无人机航姿监控系统，无人机航姿监控系统整合有加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块及GPS接收模块以实现对无人机加速度、角速度、磁偏角、温度、高度以及位置信息等航姿数据的高精度测量，航姿解算模块基于新型卡尔曼算法实现对航姿数据信息的自适应滤波、高精度误差补偿和高精度解算，提高了无人机航姿数据的解算精度，利用有线和无线方式将测得航姿信息发送到地面控制平台和机载显示设备，大大提高了整个系统的智能化、信息化水平。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种无人机航姿监测系统，其特征在于，包括：
加速度检测模块、角速度检测模块、磁强检测模块、温度检测模块、无线电高度检测模块、航姿信息显示模块、GPS接收模块、数据通信模块及航姿解算模块；
其中，所述加速度检测模块、所述角速度检测模块、所述磁强检测模块、所述温度检测模块、所述无线电高度检测模块、所述航姿信息显示模块、所述GPS接收模块、所述数据通信模块分别连接至所述航姿解算模块，所述航姿解算模块基于所述数据通信模块与无人机导航系统及地面控制台建立通信连接，所述航姿解算模块用于根据新型卡尔曼算法对所述加速度检测模块监测到的无人机加速度、所述角速度检测模块监测到的无人机角速度、所述磁强检测模块监测到的无人机飞行磁偏角、所述温度检测模块监测到的无人机机身温度、所述无线电高度检测模块监测到的无人机飞行高度及所述GPS接收模块获取到的无人机位置信息进行处理，以得到无人机航姿信息，并将所述无人机航姿信息发送至所述航姿信息显示模块、所述无人机导航系统及所述地面控制台。
2.根据权利要求1所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述航姿解算模块包括加速度数据处理功能模块、角速度数据处理功能模块、磁强数据处理功能模块、温度数据处理功能模块、无线电高度数据处理功能模块、航姿信息显示功能模块、GPS数据处理功能模块、数据通信控制功能模块、基于新型卡尔曼算法的航姿解算功能模块、综合管理模块。
3.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述加速度检测模块包括MEMS智能三轴加速度计、加速度误差补偿单元、第一无线通信接口单元，所述加速度检测模块基于所述第一无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
4.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述角速度检测模块包括MEMS智能三轴陀螺仪、角速度误差补偿单元、第二无线通信接口单元，所述角速度检测模块基于所述第二无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
5.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述磁强检测模块包括MEMS三轴磁强仪、磁强误差补偿单元、第三无线通信接口单元，所述磁强检测模块基于所述第三无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
6.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述温度检测模块包括数字温度传感器单元、温度误差补偿单元、第四无线通信接口单元，所述温度检测模块基于所述第四无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
7.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述无线电高度检测模块包括无线电测高单元、误差补偿单元、第五无线通信接口单元，所述无线电高度检测模块基于所述第五无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
8.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述航姿信息显示模块包括显示控制器模块、显示器模块、第六无线通信接口单元，所述航姿信息显示模块基于所述第六无线通信接口单元与所述航姿解算模块建立通信连接。
9.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述GPS接收模块通过232串口与所述航姿解算模块建立通信连接。
10.根据权利要求1或2所述的无人机航姿监测系统，其特征在于，所述数据通信模块包括232串口模块、ZigBee接口模块、GPRS接口模块、通信控制器模块。
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