CN201000576Y - 无人机飞行控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种无人机飞行控制系统，包括提供无人机三维姿态数据的航姿传感器、实时提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链、控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分定位系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。本实用新型采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术，可使无人机平台满足多种陆地及海上低空快速监测要求。

Description

无人机飞行控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种飞行控制系统，特别是一种满足多种陆地及海上低空快速监测要求的无人机飞行控制系统。
背景技术
随着国家经济建设的突飞猛进，资源调查和环境监测工作越来越重要，任务周期越来越短，常规卫星和航空遥感手段己难以满足应用所需，特别是许多分辨率要求高、时间要求快的应急动态监测缺乏有效的手段。近年来，低空遥感动态监测及应急监测主要用于小范围多次反复动态监测及突发性事件的应急监测等，以及大比例尺制图的需求，这些监测要求遥感获取系统具备：①大面积观测能力；②波段、分辨率和时相适宜的空间数据获取能力；③定量化数据的提供能力；④高精度定位能力。该目标的实现非单一平台或传感器所能胜任。由于受卫星回归周期、空域使用和气候等因素的影响，遥感数据源的保障已成为制约其应用的瓶颈问题。
小型无人机遥感系统为空间信息监测提供了一种数据快速获取、处理、应用分析一体化的新型遥感技术手段，现已有一些微型或小型无人机系统用于陆地小面积图像获取和简单科学数据参数的观测。但现有技术的这些微型或小型无人机尚不能完成动态应急监测和定期监测，主要原因是控制这类无人机飞行的飞行控制系统和地面监控系统的导航定位、程控/遥控导航、大数据量双向传输等方面存在技术缺陷，无法满足实际需要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种满足多种陆地及海上低空快速监测要求的无人机飞行控制系统，采用全数字飞行控制与总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术，使无人机能满足多种飞行模式的导航和飞行实时控制。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种无人机飞行控制系统，包括提供无人机三维姿态数据的航姿传感器、实时提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链以及控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分定位系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。
所述航姿传感器为测量无人机飞行姿态角的垂直陀螺仪。所述GPS差分定位系统包括与所述飞行控制计算机连接的GPS接收机和与所述GPS接收机连接的GPS天线。所述状态传感器包括与所述飞行控制计算机连接的三维姿态仪、温度传感器、空速传感器、高度传感器、发动机转速传感器和油量传感器。所述机载微波通讯数据链包括依次连接的微波收发天线、数据链测控设备和监测摄像设备，所述数据链测控设备和监测摄像设备分别与所述飞行控制计算机连接。
所述飞行控制计算机还连接有对无人机进行姿态控制的执行机构，包括执行加热指令的加热装置，执行开伞指令的开伞机构，执行抛伞指令的抛伞机构，执行高度指令的高度控制器，以及执行飞控指令的方向舵舵机、副翼舵舵机、升降舵舵机和发动机舵机。所述飞行控制计算机还连接有电源管理系统。
本实用新型提出了一种满足多种陆地及海上低空快速监测要求的无人机飞行控制系统，可满足多种飞行模式的导航控制和飞行状态实时监控。无人机飞行控制系统不仅加载了完备的小型化遥测和控制手段，如保持定高飞行的高度控制器，监控无人机安全的温度传感器、空速传感器、油量传感器等，还采用垂直陀螺仪测量无人机空中姿态角，对无人机进行姿态控制，飞行控制系统采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术，通过接收无人机地面监控系统上传的遥控指令完成自动导航，不仅能完成视频图像的下行实时传输，而且实现了飞行状态数据下转和地面遥控信号上传，减化了系统组件，同时节省了无人机载荷量并提高了系统的可靠性。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型无人机飞行控制系统的系统组成图；
图2为本实用新型无人机飞行控制系统的结构图。
附图标记说明：
110-航姿传感器；        120-GPS差分定位系统；     130-状态传感器；
140-飞行控制计算机；    150-机载微波通讯数据链；  160-电源管理系统；
170-执行机构；          121-GPS天线；             122-GPS接收机；
131-三维姿态仪；        132-温度传感器；          133-空速传感器；
134-高度传感器；        135-转速传感器；          136-油量传感器；
137-缸温传感器；        151-微波收发天线；        152-数据链测控设备；
153-监测摄像设备；      171-加热装置；            172-开伞机构；
173-抛伞机构；          174-高度控制器；          175-方向舵舵机；
176-副翼舵舵机；        177-升降舵舵机；          178-发动机舵机。
具体实施方式
图1为本实用新型无人机飞行控制系统的系统组成图。如图1所示，无人机飞行控制系统包括航姿传感器110、GPS差分定位系统120、状态传感器130、飞行控制计算机140和机载微波通讯数据链150，其中航姿传感器110负责提供无人机三维姿态数据，GPS差分定位系统120负责实时提供无人机三维位置及时间数据，状态传感器130负责实时提供无人机状态数据，机载微波通讯数据链150负责从无人机地面监控系统接收遥控指令并向无人机地面监控系统发送遥测数据，飞行控制计算机140分别与航姿传感器110、GPS差分定位系统120、状态传感器130和机载微波通讯数据链150连接，分别接收姿态数据、无人机位置数据、状态数据和无人机地面监控系统的遥控指令，控制无人机完成自动导航和任务计划。
图2为本实用新型无人机飞行控制系统的结构图。如图2所示，在上述技术方案中，航姿传感器为测量无人机飞行姿态角的垂直陀螺仪110，将无人机三维姿态数据发送给飞行控制计算机140。GPS差分定位系统120包括GPS天线121和GPS接收机122，将无人机三维位置及时间数据发送给飞行控制计算机140。状态传感器130包括三维姿态仪131、温度传感器132、空速传感器133、高度传感器134、发动机转速传感器135和油量传感器136，将无人机的状态数据发送给飞行控制计算机140。机载微波通讯数据链150包括依次连接的微波收发天线151、数据链测控设备152和监测摄像设备153，其中数据链测控设备152和监测摄像设备153分别与飞行控制计算机140连接，飞行控制计算机140一方面通过微波收发天线151和数据链测控设备152从无人机地面监控系统接收遥控指令，另一方面控制监测摄像设备153在设定时间或位置采集视频图像，并通过微波收发天线151和数据链测控设备152向无人机地面监控系统发送遥测数据。具体地，三维姿态仪131与攻角、侧滑角传感器连接，测量无人机姿态数据；空速传感器133和高度传感器134与空速管连接，通过空速管的静压、总压数值测量无人机的速度、高度数据；发动机转速传感器135与发动机连接，测量发动机转速数据；发动机还可以连接缸温传感器137，更全面了解发动机运行工况。如图2所示，飞行控制计算机140还连接有电源管理系统160，电源管理系统160通过预稳压电路分别与电池组和二台发电机连接，电池组为4组7.2V电池，形成28.8V电源，发电机为120W，提供0～70V三相交流电源。
在上述技术方案中，飞行控制计算机140还连接有对无人机进行姿态控制的一系列执行机构170，包括执行加热指令的加热装置171，执行开伞指令的开伞机构172，执行抛伞指令的抛伞机构173，执行高度指令的高度控制器174及执行飞控指令的方向舵舵机175、副翼舵舵机176、升降舵舵机177和发动机舵机178，各执行机构接收飞行控制计算机140发送的指令，完成动作，实现对无人机的飞行控制。
本实用新型无人机飞行控制系统的数据链频率1200-1600MHz。上行遥控码速率12.8Kbit，下行遥测码速率4.8Kbit，下行图像带宽27MHz。控制方式实现了程控/遥控互替，控制距离达100公里，GPS定位精度为1米。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括提供无人机三维姿态数据的航姿传感器、实时提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链以及控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分定位系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。
2.如权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述航姿传感器为测量无人机飞行姿态角的垂直陀螺仪。
3.如权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述GPS差分定位系统包括与所述飞行控制计算机连接的GPS接收机和与所述GPS接收机连接的GPS天线。
4.如权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述状态传感器包括与所述飞行控制计算机连接的三维姿态仪、温度传感器、空速传感器、高度传感器、发动机转速传感器和油量传感器。
5.如权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述机载微波通讯数据链包括依次连接的微波收发天线、数据链测控设备和监测摄像设备，所述数据链测控设备和监测摄像设备分别与所述飞行控制计算机连接。
6.如权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述飞行控制计算机还连接有对无人机进行姿态控制的执行机构，包括执行加热指令的加热装置，执行开伞指令的开伞机构，执行抛伞指令的抛伞机构，执行高度指令的高度控制器，以及执行飞控指令的方向舵舵机、副翼舵舵机、升降舵舵机和发动机舵机。
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