CN111338265A - 一种异构多余度无人机自动驾驶仪 - Google Patents

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邵义
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Abstract

本发明提供一种异构多余度无人机自动驾驶仪，属于式软硬件技术、组合导航技术、航空电子技术领域。本发明包括相互连接的CPU核心模组、判决主板、惯性传感器、气压传感器、磁力计、卫星导航模组，CPU核心模组采用双余度核心处理器，CPU核心模组包括两个CPU核心板，可以有效提高系统MCR，拓展了无人机的适用范围。

Description

一种异构多余度无人机自动驾驶仪
技术领域
本发明涉及属于式软硬件技术、组合导航技术、航空电子技术领域，具体涉及一种异构多余度无人机自动驾驶仪。
背景技术
随着无人机系统的逐渐广泛应用，无人所带来的安全问题逐渐凸显出来，主要体现在两个方面：一是无人机坠毁造成的设备损失大，二是附带对地面上人和设施的威胁程度更大。
造成无人机坠毁主要是两方面因素：一是无人机机电系统故障，二是人为操作失误。其中因无人机机电系统故障造成的占较大比重，而在无人机机电系统故障中，无人机自动驾驶仪（即飞控计算机）故障率名列第一，主要是因为传统的自动驾驶仪多采用单机单传感器形式，容易存在以下故障点：1、单CPU运行存在内存、寄存器、堆栈等溢出和电磁环境影响发生硬件故障的概率；2、单个微机电或其他构造的传感器在电磁、温度、振动环境下存在损坏的概率；3、软件尤其是操作系统存在运行过程中宕机的概率。
发明内容
为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种异构多余度无人机自动驾驶仪。
为此，本发明采用以下技术方案：一种异构多余度无人机自动驾驶仪，包括相互连接的CPU核心模组、判决主板、惯性传感器、气压传感器、磁力计、卫星导航模组，所述CPU核心模组采用双余度核心处理器，所述CPU核心模组包括两个CPU核心板，两个所述CPU核心板同时接收主板输出的数据和通信指令，并同时工作运算；所述判决主板包括表决器和接口切换器，用于根据监测CPU板健康状态，裁决输出对应的CPU核心板结果；所述惯性传感器包括设置在主板上的高精度型惯性传感器以及设置在CPU核心板上的低精度型惯性传感器；所述气压传感器包括内置气压传感器、外置气压传感器，所述磁力计包括内置磁力计、外置磁力计，所述卫星导航模组包括GPS模组、北斗模组。
作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
两个所述CPU核心板包括一个采用ARM架构和RTOS操作系统的CPU核心板以及一个采用DSP架构和机器代码的CPU核心板。
所述表决器和接口切换器采用FPGA设计。
所述内置气压传感器设置在对应的两个CPU核心板上，所外置气压传感器设置于自动驾驶仪外部通过外部接口与自动驾驶仪进行通信。
所述内置磁力计设置在自动驾驶仪内部与主板连接，所述外置磁力计设置于自动驾驶仪外部通过外部接口与自动驾驶仪进行通信，所述内置磁力计、外置磁力计均采用3*3轴传感器。
本发明的有益效果：本发明可以有效提高系统MCR（Mission Capable Rate可执行任务率），拓展了无人机的适用范围，采用双余度核心处理器以及双余度的惯性传感器、气压传感器、磁力计、卫星导航模组可以消除或降低因单CPU运行故障后或是单个微机电或其他构造的传感器故障后或是单软件尤其是操作系统在运行过程中宕机时导致无人机自动驾驶仪出现故障的概率。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种异构多余度无人机自动驾驶仪，包括相互连接的CPU核心模组、判决主板、惯性传感器、气压传感器、磁力计、卫星导航模组，所述CPU核心模组采用双余度核心处理器，所述CPU核心模组包括两个CPU核心板，两个所述CPU核心板同时接收主板输出的数据和通信指令，并同时工作运算；所述判决主板包括表决器和接口切换器，用于根据监测CPU板健康状态，裁决输出对应的CPU核心板结果；所述惯性传感器包括设置在主板上的高精度型惯性传感器以及设置在CPU核心板上的低精度型惯性传感器；所述气压传感器包括内置气压传感器、外置气压传感器，所述磁力计包括内置磁力计、外置磁力计，所述内置气压传感器设置在对应的两个CPU核心板上，所外置气压传感器设置于自动驾驶仪外部通过外部接口与自动驾驶仪进行通信；所述内置磁力计设置在自动驾驶仪内部与主板连接，所述外置磁力计设置于自动驾驶仪外部通过外部接口与自动驾驶仪进行通信，所述内置磁力计、外置磁力计均采用3*3轴传感器；所述卫星导航模组包括GPS模组、北斗模组，所述表决器和接口切换器采用FPGA设计，两个所述CPU核心板包括一个采用ARM架构和RTOS操作系统的CPU核心板以及一个采用DSP架构和机器代码的CPU核心板，表决的基本原则是根据监测CPU板的健康状态，裁决输出健康的那一块CPU板结果，健康时以ARM解算结果为主，DSP做备份；软件模块分别在每块CPU上独立运行，每一个CPU上的软件同时进行组合导航解算和飞行控制算法解算，每一个组合导航解算分为两个线程同时解算一组高精度数据和一组低精度数据，组合导航裁决输出依据是始终输出健康状态传感器解算的结果，两类传感器都健康时，输出高精度数据。
本发明可以有效提高系统MCR（Mission Capable Rate可执行任务率），拓展了无人机的适用范围，采用双余度核心处理器以及双余度的惯性传感器、气压传感器、磁力计、卫星导航模组可以消除或降低因单CPU运行故障后或是单个微机电或其他构造的传感器故障后或是单软件尤其是操作系统在运行过程中宕机时导致无人机自动驾驶仪出现故障的概率。
本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，如除了采用ARM和DSP搭配外，还可以用不同厂家的两只ARM或不同厂家的两只DSP实现；两只CPU可以都使用RTOS，或都使用机器代码；传感器可以多一只或少一只；卫星导航模组可以选择任意类型两只；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。

Claims (5)

1.一种异构多余度无人机自动驾驶仪，其特征在于，包括相互连接的CPU核心模组、判决主板、惯性传感器、气压传感器、磁力计、卫星导航模组，所述CPU核心模组采用双余度核心处理器，所述CPU核心模组包括两个CPU核心板，两个所述CPU核心板同时接收主板输出的数据和通信指令，并同时工作运算；所述判决主板包括表决器和接口切换器，用于根据监测CPU板健康状态，裁决输出对应的CPU核心板结果；所述惯性传感器包括设置在主板上的高精度型惯性传感器以及设置在CPU核心板上的低精度型惯性传感器；所述气压传感器包括内置气压传感器、外置气压传感器，所述磁力计包括内置磁力计、外置磁力计，所述卫星导航模组包括GPS模组、北斗模组。
2.根据权利要求1所述的一种异构多余度无人机自动驾驶仪，其特征在于，两个所述CPU核心板包括一个采用ARM架构和RTOS操作系统的CPU核心板以及一个采用DSP架构和机器代码的CPU核心板。
3.根据权利要求2所述的一种异构多余度无人机自动驾驶仪，其特征在于，所述表决器和接口切换器采用FPGA设计。
4.根据权利要求3所述的一种异构多余度无人机自动驾驶仪，其特征在于，所述内置气压传感器设置在对应的两个CPU核心板上，所外置气压传感器设置于自动驾驶仪外部通过外部接口与自动驾驶仪进行通信。
5.根据权利要求4所述的一种异构多余度无人机自动驾驶仪，其特征在于，所述内置磁力计设置在自动驾驶仪内部与主板连接，所述外置磁力计设置于自动驾驶仪外部通过外部接口与自动驾驶仪进行通信，所述内置磁力计、外置磁力计均采用3*3轴传感器。
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