CN114384922A - 一种无人机飞行控制冗余技术 - Google Patents

Abstract

飞行控制系统通过无人飞行器本身和来自地面设施的控制信号来控制无人飞行器的飞行。无人机和地面设施均设置有至少一个飞行控制单元(FCU)，该飞行控制单元能够基于来自机身传感器的传感器输出信号来控制机身致动器的驱动。无人机上的至少一个FCU和地面设施的至少一个FCU构成了一个用于飞行控制功能的冗余系统。在冗余系统中，无人飞行器上的至少一个FCU之一作为主机。在对无人机进行飞行控制的FCU发生故障的情况下，地面设施能够使另一个FCU接管该FCU的飞行控制功能。

Description

一种无人机飞行控制冗余技术

技术领域

本发明涉及一种用于无人机的飞行控制系统，尤其涉及一种用于在飞行控制系统中实现 冗余的技术。

背景技术

在无人飞行器中，安装在机身中的飞行控制单元通常基于来自机身传感器的传感器输出 信号和/或来自地面设施的控制信号来执行飞行控制。为了提高这种无人机的飞行控制的可靠 性，可以在机身上安装多个飞行控制单元，以实现飞行控制功能的冗余。但是，考虑到重量 和安装空间，安装多个飞行控制单元绝对不是最佳选择。

当飞行控制单元(自动控制单元)未安装在无人机本身中，但是在地面设施中提供了多 个飞行控制单元时，可以利用该技术通过将机身控制信号发送到无人机来执行飞行控制，同 时通过设置在地面设施中的飞行控制单元来实现飞行控制功能的冗余。由地面设施的飞行控 制单元根据来自机身传感器的传感器输出信号进行。

上述描述的技术采用了一种控制配置，其中传感器输出信号和机身控制信号通过机身和 地面设备之间的数据链路不断地发送和接收，因此与在机身上安装飞行控制单元的情况相比， 控制精度可能降低。由于机身和地面设施之间的数据链路可能会限制数据量和/或数据延迟， 因此，在需要更高精度的飞行控制时，始终采用这种控制配置不是可取的，除非需要这种控 制配置。仅在主飞行控制单元发生故障的紧急情况下才采用。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，并且本发明提供了一种用于无人飞行器的飞行控制系统， 该飞行控制系统能够在实现高度精确的飞行控制的同时有利地实现飞行控制功能的冗余，即 使当为了确保足够的冗余度，一定数量的飞行控制单元不得安装在无人机上。

本发明的第一方面提供了一种用于包括地面设施的无人机的飞行控制系统。该飞行控制 系统通过无人机自身的控制信号和来自地面设施的控制信号来控制无人机的飞行。无人机和 地面设施均设置有至少一个飞行控制单元，该飞行控制单元能够基于来自机身传感器的传感 器输出信号来控制操作机身飞行器的机身致动器的驱动，该机身传感器检测飞行器的飞行状 态。无人机上的至少一个飞行控制单元和地面设施的至少一个飞行控制单元构成用于飞行控 制功能的冗余系统。在用于飞行控制功能的冗余系统中，无人飞行器上的至少一个飞行控制 单元可以作为主要部件。在对无人机进行飞行控制的飞行控制单元中发生故障的情况下，地 面设施能够使另一个飞行控制单元从飞行控制单元接管飞行控制功能。

无人机和地面设施可各自设置有能够相互发送和接收信号的信号发送和接收单元。无人 机上的至少一个飞行控制单元可以基于传感器输出信号输出计算结果数据。可以经由信号发 送和接收单元将计算结果数据发送到地面设施。地面设施的至少一个飞行控制单元可以基于 从无人飞行器发送的传感器输出信号来输出计算结果数据。在地面设施中，可以将地面设施 的至少一个飞行控制单元的计算结果数据与从无人飞行器发送的计算结果数据进行比较，以 确定是否发生了故障。执行飞行控制的飞行控制单元。

附图说明

图1无人机飞行控制的结构原理图。

图2地面设施的结构原理图。

具体实施方式

无人机可以配备有两个飞行控制单元，一个主单元和一个第一备用单元，而地面设施可 以配备有一个飞行控制单元作为第二个备用单元。

图1是示出本实施方式中的无人机的飞行控制系统的结构框图。如图所示，飞行控制系 统通过来自地面设施的控制信号来控制无人飞行器的飞行。

无人机包括机身传感器，机身致动器和两个飞行控制单元。

在图中，除了信息传输接收系统之外，该信息传输接收系统与下面描述的地面设施上的 信息传输接收系统一起形成数据链路，并且能够向和向其发送和接收各种来自信息传输接收 系统的信号。

机身传感器是用于检测无人机的飞行状态的各种传感器，并且包括陀螺仪传感器，速度 传感器，全球定位系统和高精度传感器。机身传感器将检测到的各种飞行状态数据作为传感 器输出信号输出到信息传输接收系统和两个FCU。机身致动器包括操作无人飞行器的多个部 分的各种类型的致动器。两个FCU分别基于驱动器控制信号来控制机身致动器的驱动。在从 地面设备发送的下述自动控制模式信号和从机身传感器接收的传感器输出信号上，将驱动控 制信号输出到信息传输接收系统和机身致动器。两个FCU分别将计算结果数据作为FCU输出 信号输出到信息传输接收系统，计算结果数据基于自动控制模式信号和/或传感器输出信号。 两个FCU是第一FCU和第二FCU，它们之间的第一FCU是在正常状态下起主要作用(执行 飞行控制)的主要单元，第二FCU是第一备用单元。两个FCU连接到机身致动器经由第一 切换单元和第二切换单元依次。

在切换单元中，第一切换单元在第一FCU和第二FCU之间切换驱动控制信号，该驱动 控制信号被输入到机身致动器。第一切换单元被配置为接收信号。在正常状态下从第一FCU 输入驱动控制信号。另一方面，第二切换部在无人机的FCU(第一FCU或第二FCU)与后述的地面设备的第三FCU之间切换驱动控制信号，驾驶控制信号输入到机身执行器。

第二切换单元被配置为在正常状态下将驱动控制信号输入到机身致动器，该驱动控制信 号来自无人机上的FCU。第一切换单元接收到经由信息传输接收系统从地面设备发送的后述 的第一切换信号和第二切换信号的输入时，第二切换单元进行切换操作。

图2是示出本实施方式中的地面设施的的结构框图。如图所示，地面设备除了能够向/ 从信息传输接收系统收发各种信号的信息传输接收系统之外，还包括第三FCU，远程控制单 元和中央控制单元。

第三FCU是类似于安装在无人机上的第一FCU(飞行控制单元)。即，第三FCU基于传感器输出信号和自动控制模式来产生驱动控制信号，以将驱动控制信号输出到信息传输接收 系统，传感器输出信号通过数据链路从无人机传输，下面描述的自动控制模式信号从第三FCU 将计算结果数据作为FCU输出信号输出到中央控制设备，该计算结果数据基于自动控制模式 信号和传感器输出信号。第三FCU是用于安装在无人机上的第一FCU的第二备用单元。

远程控制装置允许操作员对无人机进行远程控制(手动控制)，并且根据控制操作将用于 机身致动器的驱动控制信号输出到信息传输接收系统。并且，通过遥控装置进行遥控，操作 者一边观看可以视觉识别无人机的飞行状态的装置(例如中央控制装置的显示器)一边进行 控制动作。远程控制设备和第三FCU通过第三切换单元连接到信息传输接收系统。第三切 换单元在第三FCU和远程控制设备之间切换驱动控制信号，驱动控制信号经由信息传输接收 系统发送至无人机。第三切换部构成为将驱动控制信号从第三FCU输入至信息传输接收系统。 并且，在从中央控制装置接收到后述的第三切换信号的输入的情况下，执行切换操作。中央 控制装置集中控制飞行控制系统。具体地，中央控制系统经由信息传输接收系统将自动控制 模式信号发送至无人机，并且将自动控制模式信号输出至第三FCU，该自动控制模式信号指 定了自动起飞和着陆，自动导航等控制模式。如下所述，中央控制设备基于FCU输出信号监 视每个FCU的操作状况，并确定是否需要切换执行飞行控制的FCU，该FCU输出信号是从无 人飞行器发送来的。如图所示，中央控制系统经由信息传输接收系统或从第三FCU输入。当 确定需要切换FCU时，中央控制系统将第一切换信号或第二切换信号发送给无人驾驶飞机经 由信息传输接收系统或将第三开关信号输出到第三开关单元。

Claims (6)

1.一种无人机飞行控制系统，其通过来自无人机本身的控制信号和来自地面设施的控制信号来控制无人飞机的飞行。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于：无人机和地面设施具有至少一个能够基于来自检测无人机的飞行状态的飞行器传感器的传感器输出信号来控制操作无人机的每个部分的飞行器致动器的驱动的驱动器。提供了两个能够相互发送/接收信号的飞行控制单元和信号发送/接收单元。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制系统，其特征在于：无人飞机上的至少一个飞行控制单元和较少的地面设施。带有一个飞行控制单元的无人机上具有一个飞行控制单元的地面设施已配置功能的冗余系统。

4.根据权利要求3所述的无人机飞行控制系统，其特征在于：当在控制无人机上的飞行的飞行控制单元中发生异常时，可以从地面设施执行飞行控制功能从飞行控制单元到另一飞行控制单元的转移。

5.根据权利要求4所述的无人机飞行控制系统，其特征在于：在无人机上，至少一个飞行控制单元基于传感器输出信号输出计算结果数据，并且该计算结果数据经由信号发送/接收单元被发送到地面设施。

6.根据权利要求5所述的无人机飞行控制系统，其特征在于：在地面设施中，至少一个飞行控制单元基于从无人机发送的传感器输出信号来输出计算结果数据，并且同时输出计算结果数据。通过将数据与从无人机发送的计算结果数据进行比较来执行飞行控制。

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