CN201348739Y - 一种用于航模的自动驾驶仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于航模的自动驾驶仪，它包括微处理器，传感系统和遥控接收及控制接口，微处理器带有飞控数据处理及模糊控制系统；传感系统包括方位检测系统，高度检测系统，速度检测系统和动力检测系统；遥控接收及控制接口为兼容无线遥控和无级驱动控制的接口。本自动驾驶仪针对航模的特点，采用多种高度集成化、模块化的传感系统检测航模飞行的方位、高度、速度和动力情况，微处理器根据传感系统获得的数据进行实时计算和分析，并通过控制信号调整航模姿态方位，使航模在没有人为干预的情况下实现自动飞行。自动驾驶仪的这些功能模块集成在一块电路板上，体积小、重量轻、成本低、安装拆卸简便，特别适合航模的使用。

Description

一种用于航模的自动驾驶仪

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器用自动驾驶仪，特别涉及用于航模飞行器的自动驾驶仪。

背景技术

飞行器用自动驾驶仪能在没有人为干预的情况下，根据自身各种传感器采集的相关信息，完成飞行过程中的各种姿势方位调整和动力控制，以保证飞行器按照既定的飞行参数飞行。目前已有的自动驾驶仪基本都是用在战机，无人机，大型客机以及舰载飞机等大型飞行器上面，它们的系统非常复杂，安全性要求高，技术通常是保密的，最重要的是这些自动驾驶仪一般都体积大，重量重，价格昂贵，并不适合航模飞行器的使用。

实用新型内容

为了解决以上现有技术中的不足，本发明提供一种可用于航模的高度集成化的自动驾驶仪。

本发明的技术方案为，一种用于航模的自动驾驶仪，包括微处理器，传感系统和遥控接收及控制接口，其中

微处理器带有飞控数据处理及模糊控制系统，能准确及时地接收各种遥感遥测数据，并通过模糊处理技术对数据进行处理，确定航模的状态并输出控制信号给航模的动力驱动，方向舵，尾舵，使航模作出相应的控制动作；

传感系统包括方位检测仪，高度检测仪，速度检测仪和能量检测仪。

遥控接收及控制接口同时兼容无线遥控和无级驱动控制接口。普通遥控航模的接收，是用FM调制接收的，编码方式是四通道或六通道，输出的是四或六通道的比例脉冲宽度，而驱动的无级驱动对应一个脉冲宽度，只是收到的是四通道或六通道混合的数据，而驱动的是单一通道的脉宽；与普通遥控航模不同的是：自动驾驶仪收到四或六通道的比例控制信号后还需要根据自身传感器得到的自身状态数据经计算后发给相应脉宽控制信号给动力驱动，方向舵，尾舵等。

方位检测仪为三轴方向传感器，它通过感应地球磁场的强度和方向来确定航模本身的方位，在实际操作中，三轴方向传感器测定航模在X，Y，Z轴空间中的方位值，并将数据传输到微处理器中，微处理器将数据与指令或计算要求的方位值进行比较，用方位差产生相应的控制量给予相应的控制终端，使航模自身方位发生改变，不断循环这个过程，就达到了方位锁定和控制的目的。解决了普通航模在空中飞行时，因漂移而改变方位而无法自动纠正，必须操作者手动修正的问题；三轴方向传感器相对于飞机上使用的姿态传感器，其精度和环境要求都不高，相对简单，重量和成本也较低，比较适合航模使用。

高度检测仪包括超声波高度检测仪和气压高度传感器，主要用于测定和锁住航模高度。超声波高度检测仪通过向下发射超声波，到达地面后又被反射回接收装置的方式来测定航模的高度，所使用的超声波高度检测仪发射方向垂直向下，散射角度要求不严，优选小角度的发射和接收探头，为使产品的重量尽可能的小，首选小体积的收发一体探头。超声波高度检测仪会在航模上电初始化时先测出起落架的高度，既可在飞行过程中锁定飞行高度，还可以在降落时探知是否已经降落到地面，防止降落时摔机。但是由于超声波在空气中的衰减，当高度超过一定距离时，超声波检测会失效，此时则启动气压高度传感器来检测高度，气压高度传感器的量程可以覆盖整个大气压范围，但不同气压环境对高度测量有影响，地形对相对高度的测量也有影响，因此，在本实用新型的具体设计中，处于超声波的有效距离50米以内时，以超声波高度检测仪为主传感器，当航模高度超过这个距离时，则以气压高度传感器为主传感器，辅助以超声波高度检测仪的数据对高度数据进行修正，以避免地形、气压变化造成的撞机。当然，对于高度不会超过超声波检测范围的航模，为简化自动驾驶仪，也可以不使用气压高度传感器。

速度检测仪可以为定向微波多普勒测速雷达或两轴超声波测速仪，它们可分别用于直升机航模和滑翔机航模。定向微波多普勒测速雷达可以测定航模姿态和位置的移动速度，它采用定向收发天线，发射频率和本振频率不同但都具有高稳定性，频率相差几到几百千赫兹，除可以检测到航模的移动，还可以检测到前后左右四个方向的绝对速度，对于直升机航模，由于直升机航模需要在空中悬停，此时因空气流动，会发生空间漂移，采用两组或四组X轴和一组或两组Y轴定向微波多普勒测速雷达锁定前后和左右两个方向的速度为零，即可保持直升机的悬停。通过调节航模前进或后退的速度，就可以很容易地调节直升机的姿态。优选的定向微波多普勒测速雷达可以具有一个微波发射器，两个或四个微波接收器或者一个微波接收器，两个或四个微波发射器。定向微波多普勒测速雷达除测速外，还可进行地形跟踪，障碍物规避等。两轴超声波测速仪是利用超声波在空气中的传播速度会受气流影响的原理，通过检测超声波信号来检测空气的流速；而滑翔机的水平速度较快，垂直速度较小，在航模所能承受的环境中风速比飞行速度小得多，只要测到空气的平流速度即可间接得到航模的飞行速度，因此，两轴超声波测速仪可以用于检测滑翔机航模的飞行速度。本实用新型优选具有一个超声波发射器和两个超声波接收器的两轴超声波测速仪，此种测速仪的收发器件是分开的，保证了超声波在空气中能传播一定的距离；两个接收器检测的平均时间用来计算航模的前进速度，接收时间差用来计算横向速度。两轴超声波测速仪设计简单，性能稳定，价格便宜。

动力检测仪主要功能是检测航模的动力，保证航模飞行的稳定安全。在电动航模中，是电池电量检测仪；在油动航模中则是油量检测仪。以电池电量检测仪为例，在飞行过程中，电池检测仪时时监测电池电量，并将电池电量数据传输给微处理器，当出现电池电量已经不足以继续飞行，但操作者又没有指令要求降落时，微处理器会指令系统进入降落模式，在保证控制正常的情况下，慢慢降低飞行高度，直到平稳降落回到地面，并停止各种动作功能，进入系统待机状态。在航模启动时必须要有足够的电压，操作者才可以正常操作飞行，如果开机时电池电压不足，则微处理器会根据电池检测仪的数据拒绝执行任何操作并警示操作者。

为了能适应航模的升级，本实用新型自动驾驶仪还可以包括GPS定位模块和GSM数传模块。当航模需要升级为有军工用途的无人机时，可以通过移动通讯平台和电子地图用手机或具有GSM无线端口的PC等远端控制平台实施对航模无人机的控制和导航，真正实现远程无人控制。通过GSM通讯，本实用新型的航模在动力允许的情况，可以达到任何有GSM信号的地方，不再有距离限制。

本实用新型的自动驾驶仪还可以包括微型摄像头和3G无线数传模块。微型摄像头可以是单通道或双通道摄像头。通过配制微型摄像头和3G无线数传模块，可以将航模飞机升级为小型无人侦察机。它的远端控制平台配置为具有3G无线收发功能的显示器及相应的控制操作平台；微型摄像机将拍摄到的动态图像通过机载3G无线数传模块发回给控制操作平台的3G终端，3G终端将接收到的画面通过终端显示器显示出来，控制台的操作员通过画面分析发出控制指令通过3G无线数传模块再返回给无人机，无人机根据操作指令及自身定位信息控制相关驱动，使无人机调整自身位置状态，让操作者看到需要进一步了解的地方。在无人机从起飞到预定位置前，操作者可以直接下达需要位置的GPS坐标给无人机。在到达预定目标后，可以改为对控制台的适时操作，以达到远程现场侦察的目的。

为进一步升级航模的远程监控功能，自动驾驶仪还可以包括电视眼镜和视觉识别系统。这种系统是通过对人眼的动作分析产生操作员所需要的控制指令系统。如：转头代表转向，头的俯仰代表升降，眼球的转动代表摄像头的转动，目光的夹角可以调焦，在调焦范围以外则控制前进后退等。通过一系列操作员的监控动作，可调整无人机及摄像头的动作，使无人机与人的思维融为一体，从而达到随心所欲控制无人机的目的。

本实用新型的自动驾驶仪将微处理器，传感系统和遥控接收及控制接口集成在一块电路板上。本实用新型的优点：

1、本实用新型的自动驾驶仪针对航模的特点，采用多种高度集成化、模块化的传感系统检测航模飞行的方位、高度、速度和动力情况，微处理器根据传感系统获得的数据进行实时计算和分析，并通过控制信号调整航模姿态方位，使航模在没有人为干预的情况下实现自动飞行。

2、本实用新型的自动驾驶仪各部分是相对独立的模块，具有一定的可替换性，能够适应各种航模类型，同时还保证了系统今后的升级换代。

3、本实用新型的自动驾驶仪各部分是高度集成小型化设计，保证了对各种航模类型的载荷适应。

4、本实用新型的自动驾驶仪将尽可能多的功能模块集成在一块电路板上，其体积小、重量轻、成本低、安装拆卸简便，特别适合航模的使用。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是实施例1中的超声波高度检测仪9的侧面示意图；

图3是实施例1中的定向微波多普勒测速雷达10的侧面示意图；

图4是实施例1中的定向微波多普勒测速雷达10的正面示意图；

图5是本实用新型实施例2的结构示意图；

图6是本实用新型实施例3的结构示意图

图7是本实用新型实施例4中的两轴超声波测速仪21的正面示意图。

具体实施方式

根据附图，具体说明本实用新型的实施例。

实施例1

本实用新型的自动驾驶仪1，用于直升机航模，包括微处理器2，传感系统3和遥控接收及控制接口4，微处理器2带有飞控数据处理及模糊控制系统，能接收并处理传感系统3传输过来的各种数据，并根据这些数据发出控制信号给航模的动力驱动，方向舵和尾舵5，同时微处理器2也通过遥控接收及控制接口4接收航模遥控器6发出的信号数据。

传感系统3包括方位检测系统，高度检测系统，速度检测系统和动力检测系统。

其中方位检测系统为三轴方向传感器7，用于检测和锁定航模的方位；

高度检测系统为超声波高度检测仪9，超声波高度检测仪9位于自动驾驶仪1电路板8的下方，具有收发一体化探头91，超声波92发射方向为垂直地面S向下，如图2所示；

速度检测系统为向下倾斜的定向微波多普勒测速雷达10，位于自动驾驶仪1电路板8的下方，该定向微波多普勒测速雷达10可以有一个微波发射器101，两个微波接收器102(如图3和4)或者四个微波接收器(增加的两个微波接收器在图4中标识为104)，或者两个或四个微波发射器，一个微波接收器(未图示)。微波103的发射方向也是朝向地面S，定向微波多普勒测速雷达10能检测和锁定前后和左右两个方向的速度。

动力检测系统为电池电量检测仪11，它能实时将电池电量数据传输给微处理器2，当电池电量已经不足以继续飞行时，但操作者又没有指令时，微处理器2会发出控制信息指令动力驱动，方向舵和尾舵6进入降落模式。

实施例2

本实用新型的自动驾驶仪1，用于升级为军工用途的无人直升侦察机。与实施例2结构基本相同，在实施例2的基础上增加了以下模块：

高度检测系统中除超声波高度检测仪9外，还增加了气压高度传感器13，当航模高度超过超声波的有效范围50米时，以气压高度传感器13的数据为主，同时辅以超声波高度检测仪9的数据进行修正，以避免地形、气压变化造成的数据误差。

同时还增加GPS定位模块14和GSM数传模块15，通过远端控制平台16，比如移动通讯平台和电子地图用手机或具有GSM无线端口的PC，可以对航模进行远程控制，控制权限由象汽车遥控锁一样的识别码识别。通过GPS接收到的自身位置信息与操作员指令指定的位置信息传输给微处理器2，由微处理器2发出控制信息控制无人机的飞行，自主驾驶到需要的目的地。

同时还可以增加微型摄像头17和3G无线数传模块18，微型摄像头17可以是单通道或双通道摄像头，微型摄像头17将拍摄的图像数据传输到微处理器2，微处理器2通过3G无线数传模块18将图像数据发送给远端控制平台16，该平台16应该具有3G无线收发功能的显示器及相应的控制操作平台，远端控制平台16的操作员对数据进行处理和分析，再通过3G无线数传模块18给微处理器2发出指令，由微处理器2发出控制信号给航模的动力驱动，方向舵和尾舵6。

实施例3

为了使无人机的操控更加容易，还可以在上述实施例2的基础上在远端控制平台16中增加视觉识别系统19，并在远端控制平台16上增加一电视眼镜20，即可使远端控制平台16的操作员的眼睛动作成为操控无人机的指令，比如说，当操作员转头时，眼睛发生了转动，视觉识别系统19将该人眼动作分析识别为转向指令，并通过3G无线数传模块18将指令发给微处理器2，由微处理器2发出控制信号给航模的动力驱动，方向舵和尾舵6。

实施例4

本实用新型的自动驾驶仪1，用于滑翔机航模，与实施例2、3结构基本相同，不同的地方在于速度检测系统使用两轴超声波测速仪21，它装在自动驾驶仪1的电路板8上，具有一个超声波发射器211和两个超声波接收器212，其检测面需要水平裸放在空气中，以保证检测数据的准确性。由于超声波高度检测仪9与两轴超声波测速仪21都使用超声波进行检测，为了两者不发生干扰可以采用两种方法解决，第一种是两者选用不同频率的超声波；第二种是采用分时工作，即工作时间不同的方式。

Claims (10)

1.一种用于航模的自动驾驶仪，包括微处理器，传感系统和遥控接收及控制接口，其特征在于微电脑处理器带有飞控数据处理及模糊控制系统；传感系统包括方位检测仪，高度检测系统，速度检测系统和动力检测系统。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶仪，其特征在于方位检测仪为三轴方向传感器；速度检测系统为定向微波多普勒测速雷达或两轴超声波测速仪，动力检测系统为电池电量检测仪或油量检测仪。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶仪，其特征在于所述定向微波多普勒测速雷达具有一个微波发射器，两个或四个微波接收器或者两个或四个微波发射器，一个微波接收器；所述两轴超声波测速仪具有一个超声波发射器和两个超声波接收器。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶仪，其特征在于高度检测系统为超声波高度检测仪。

5.根据权利要求3所述的自动驾驶仪，其特征在于高度检测系统为超声波高度检测仪和气压高度传感器。

6.根据权利要求4或5任一项所述的自动驾驶仪，其特征在于所述超声波高度检测仪具有小体积的收发一体化探头。

7.根据权利要求6所述的自动驾驶仪，其特征在于所述的超声波高度检测仪和两轴超声波测速仪设定的超声波频率不同或工作时间不同。

8.根据权利要求7所述的自动驾驶仪，其特征在于还可以包括GPS定位模块和GSM数传模块。

9.根据权利要求8所述的自动驾驶仪，其特征在于还可以包括微型摄像头和3G无线数传模块，微型摄像头可以是单通道或双通道摄像头。

10.根据权利要求9所述的自动驾驶仪，其特征在于还可以包括电视眼镜及视觉识别系统模块。

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