CN206696437U - 一种无人机定向引导捕捉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机控制技术领域，尤其一种无人机定向引导捕捉装置，所述装置利用实时动态差分GPS技术可精确地自动引导无人机撞网降落，并且能够保证在落网捕捉的过程中，对无人机的部件尤其是螺旋桨，机尾造成等脆弱的部件有效保护，同时能够应对落网过程出现问题的情况，对无人机中的部件有效保护。

Description

一种无人机定向引导捕捉装置

技术领域

本实用新型涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机定向引导捕捉装置。

背景技术

相关技术中的无人飞行控制装置，操作模式通常有手动模式和航线模式。无人机可以按照预先设定的航线自动飞行，这种模式叫做航线模式。无人机撞网回收是一种理想的精确定点回收方式, 特别适合小型固定翼无人机在狭窄回收场地或舰船上使用, 可以认为它是一种零距离回收方式。撞网回收的核心技术在于如何引导无人机准确地飞向捕捉网，从而平稳、准确地实现撞网回收。由于无人机引导降落的研究正处于起步阶段，且因为技术保密不公开等原因，国内外在这一方面公开报道的研究成果较少。

目前，国内对撞网回收的无人机精确引导技术的研究应用主要有激光引导、GPS引导和电视跟踪引导等。其中激光引导和电视跟踪引导的最大问题是不能全天候工作，装置复杂；基于GPS的自动降落是目前最常用的解决方法，但常规的GPS引导装置引导精度一般，位置结算较慢，实时性差。撞网回收的回收地点和范围被规定在飞行体大小的约2～3 倍，因此比其它回收方法要求更高的精确度。并且，无人机网降通常需要人工控制无人机撞击捕捉网，难度较高，操作不便；在现有技术中，在落网捕捉的过程中，捕捉网结构过于简单，虽具有一定的缓冲作用，但是仍会对无人机的部件尤其是螺旋桨，机尾造成一定程度的损伤；如果落网过程出现问题，因冲击力过大无可避免的对无人机中的部件造成损坏。

实用新型内容

本实用新型为克服上述缺陷而提供了一种基于实时动态差分GPS的无人机定向引导捕捉装置，该装置解决了需要人工控制的弊端，精度较高，操作方便，同时能够对无人机落网进行有效地缓冲，能够应对各种紧急降落的情况，对无人机的部件有效保护。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于实时动态差分GPS的无人机定向引导捕捉装置，包括伺候控制器、GPS定位器、跟踪运算器、失控监测器、通信模块、存储器、电机、捕捉网；所述伺候控制器分别与GPS定位器、跟踪运算器、失控监测器、通信模块、存储器、电机进行电连接，所述GPS定位器与跟踪运算器进行电连接。

所述GPS定位器，通过本地伪随机序列发生器产生的PN序列与GPS天机装置传送的PN序列进行滑动互相关捕获算法，获得无人机的经度、纬度、地理高度、时间及东向、北向、天向三个方向的地速等数据，并将上述数据传输给所述伺候控制器及所述跟踪运算器。

所述跟踪运算器，接收GPS测得的输入信号，并以理想撞网点为原点的地面坐标系建立基准轨迹，生成并追踪连接规定的起点和终点的最优的航路，利用欧式公式执行GPS引导基准生成轨迹与动态轨迹误差的运算，并把误差运算结果即时输出给所述伺候控制器。

所述失控监测器，用于实时监测无人机的飞行状态是否失控，特别是防止在自动回收过程中，无人机脱离基准轨迹或在高度下降变更航路点时的低飞情况下，会有坠机的危险的事故发生；所述失控监测器把监测信息即时发送给所述伺候控制器。

所述通信模块，对接收到的PN序列和本地序列比较后得到无人机的斜距信号，并将数据解调得到无人机航向及俯仰偏差数传输给所述伺候控制器；所述通信模块，还利用3G/4G无线传输技术进行数据的空中传输。

所述伺候控制器，内置ARM内核处理器，支持Linux操作装置及Android操作装置；所述伺候控制器用于依据所述无人机的位置信息与预设航线，控制所述无人机位于所述预设航线上；优选地，所述伺候控制器测量无人机的横滚角、俯仰角和航向角，并采用快速卡尔曼滤波算法推算出无人机的姿态角，生成追踪其轨迹的引导指令及生成相应的电机控制信号，控制所述电机执行相应的动力学操作。

所述存储器，为移动硬盘、SD卡、U盘或者云存储装置，用于记录无人机的飞行状态及飞行故障信息。

所述电机，从所述伺候控制器接收电机控制信号，并根据所述电机控制信号的指令执行相应的动力学操作。

所述捕捉网包括第一缓冲层、磁性层、第二缓冲层，所述第一缓冲层面向无人机降落的方向，所述磁性层设置于所述第一缓冲层和第二缓冲层之间。本实用新型的磁性层采用软磁性材料。

所述装置还包括设置于无人机底部的磁性涂层，本实用新型的磁性涂层与无人机之间设置有屏蔽材料，能够充分保证磁性涂层对无人机的电路元件造成影响，所述磁性涂层与所述磁性层的磁性互为相斥。

所述第一缓冲层由一大一小均匀排布的圆形突块组成；所述第一缓冲层、第二缓冲层采用高弹性材料组成。本实用新型的捕捉网结构通过磁性层与无人机底部的磁性涂层相斥的磁性结构，在无人机接近网面的瞬间抵消部分无人机坠落的冲力，再通过第一缓冲层的突块结构的排布方式，能够保证无人机与网面接触的过程得到充分的缓冲，第二缓冲层进一步的将无人机的下坠力充分抵消。

无人机在降落过程中，所述GPS定位模块实时地将无人机的当前位置信号传送给所述伺候控制器及所述跟踪运算器，所述伺候控制器计算无人机当前位置点与所述存储器保存的待降落捕捉网目标点在同一平面上的偏移量，传送给所述跟踪运算器；所述跟踪运算器根据偏移量做执行补偿与误差跟踪操作；所述伺候控制器根据所述跟踪运算器的反馈数据，通过所述电机控制无人机的飞行姿态。重复上述步骤，直至无人机精确降落到捕捉网，收回无人机。所述失控监测器，用于实时监测无人机的飞行状态是否失控，并把监测信息即时发送给所述伺候控制器。所述通信模块将监控信息及飞行数据通过无线传输方式进行空中传输。

有益效果：

一种无人机定向引导捕捉装置，所述装置利用实时动态差分GPS技术可精确地自动引导无人机撞网降落，并且能够保证在落网捕捉的过程中，对无人机的部件尤其是螺旋桨，机尾造成等脆弱的部件有效保护，同时能够应对落网过程出现问题的情况，对无人机中的部件有效保护。

附图说明

用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的一种基于实时动态差分GPS的无人机定向引导捕捉装置的结构示意图；

图2是本实用新型的捕捉网的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，这是本实用新型的较佳实施例。

如图1-2所示，本实用新型的一种基于实时动态差分GPS的无人机定向引导捕捉装置，包括伺候控制器、GPS定位器、跟踪运算器、失控监测器、通信模块、存储器、电机、捕捉网；所述伺候控制器分别与GPS定位器、跟踪运算器、失控监测器、通信模块、存储器、电机等进行电连接，所述GPS定位器与跟踪运算器进行电连接。

所述GPS定位器，通过本地伪随机序列发生器产生的PN序列与GPS天机装置传送的PN序列进行滑动互相关捕获算法，获得无人机的经度、纬度、地理高度、时间及东向、北向、天向三个方向的地速等数据，并将上述数据传输给所述伺候控制器及所述跟踪运算器。

所述跟踪运算器，接收GPS测得的输入信号，并以理想撞网点为原点的地面坐标系建立基准轨迹，生成并追踪连接规定的起点和终点的最优的航路，利用欧式公式执行GPS引导基准生成轨迹与动态轨迹误差的运算，并把误差运算结果即时输出给所述伺候控制器。

所述失控监测器，用于实时监测无人机的飞行状态是否失控，特别是防止在自动回收过程中，无人机脱离基准轨迹或在高度下降变更航路点时的低飞情况下，会有坠机的危险的事故发生；所述失控监测器把监测信息即时发送给所述伺候控制器。

所述通信模块，对接收到的PN序列和本地序列比较后得到无人机的斜距信号，并将数据解调得到无人机航向及俯仰偏差数传输给所述伺候控制器；所述通信模块，还利用3G/4G无线传输技术进行数据的空中传输。

所述伺候控制器，内置ARM内核处理器，支持Linux操作装置及Android操作装置；所述伺候控制器用于依据所述无人机的位置信息与预设航线，控制所述无人机位于所述预设航线上；优选地，所述伺候控制器测量无人机的横滚角、俯仰角和航向角，并采用快速卡尔曼滤波算法推算出无人机的姿态角，生成追踪其轨迹的引导指令及生成相应的电机控制信号，控制所述电机执行相应的动力学操作。

所述存储器，为移动硬盘、SD卡、U盘或者云存储装置，用于记录无人机的飞行状态及飞行故障信息。

所述电机，从所述伺候控制器接收电机控制信号，并根据所述电机控制信号的指令执行相应的动力学操作。

所述捕捉网包括第一缓冲层11、磁性层12、第二缓冲层13，所述第一缓冲层面向无人机降落的方向，所述磁性层设置于所述第一缓冲层和第二缓冲层之间。本实用新型的磁性层采用软磁性材料。

所述装置还包括设置于无人机底部的磁性涂层，本实用新型的磁性涂层与无人机之间设置有屏蔽材料，能够充分保证磁性涂层对无人机的电路元件造成影响，所述磁性涂层与所述磁性层的磁性互为相斥。

所述第一缓冲层由一大一小均匀排布的圆形突块组成；所述第一缓冲层、第二缓冲层采用高弹性材料组成。本实用新型的捕捉网结构通过磁性层与无人机底部的磁性涂层相斥的磁性结构，在无人机接近网面的瞬间抵消部分无人机坠落的冲力，再通过第一缓冲层的突块结构的排布方式，能够保证无人机与网面接触的过程得到充分的缓冲，第二缓冲层进一步的将无人机的下坠力充分抵消。

无人机在降落过程中，所述GPS定位模块实时地将无人机的当前位置信号传送给所述伺候控制器及所述跟踪运算器，所述伺候控制器计算无人机当前位置点与所述存储器保存的待降落捕捉网目标点在同一平面上的偏移量，传送给所述跟踪运算器；所述跟踪运算器根据偏移量做执行补偿与误差跟踪操作；所述伺候控制器根据所述跟踪运算器的反馈数据，通过所述电机控制无人机的飞行姿态。重复上述步骤，直至无人机精确降落到捕捉网，收回无人机。所述失控监测器，用于实时监测无人机的飞行状态是否失控，并把监测信息即时发送给所述伺候控制器。所述通信模块将监控信息及飞行数据通过无线传输方式进行空中传输。

本实施例的一种无人机定向引导捕捉装置，所述装置利用实时动态差分GPS技术可精确地自动引导无人机撞网降落，并且能够保证在落网捕捉的过程中，对无人机的部件尤其是螺旋桨，机尾造成等脆弱的部件有效保护，同时能够应对落网过程出现问题的情况，对无人机中的部件有效保护。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，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实质和范围。本实用新型中所有未详细描述的技术特征，均可通过本领域内任一现有技术实现。

Claims (9)

1.一种无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述装置包括伺候控制器、GPS定位器、跟踪运算器、失控监测器、通信模块、存储器、电机、捕捉网；

所述伺候控制器分别与GPS定位器、跟踪运算器、失控监测器、通信模块、存储器、电机进行电连接，所述GPS定位器与跟踪运算器进行电连接；

所述GPS定位模块实时地将无人机的当前位置信号传送给所述伺候控制器及所述跟踪运算器；

所述伺候控制器计算无人机当前位置点与所述存储器保存的待降落捕捉网目标点在同一平面上的偏移量，传送给所述跟踪运算器；

所述跟踪运算器根据偏移量做执行补偿与误差跟踪操作；

所述捕捉网包括第一缓冲层、磁性层、第二缓冲层，所述第一缓冲层面向无人机降落的方向，所述磁性层设置于所述第一缓冲层和第二缓冲层之间。

2.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述装置还包括设置于无人机底部的磁性涂层，所述磁性涂层与所述磁性层的磁性互为相斥。

3.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述第一缓冲层由一大一小均匀排布的圆形突块组成；所述第一缓冲层、第二缓冲层采用高弹性材料组成。

4.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述GPS定位器为一可通过本地伪随机序列发生器产生的PN序列与GPS天机装置传送的PN序列，以获得无人机的经度、纬度、地理高度、时间及东向、北向、天向三个方向的地速数据，并将上述数据传输给所述伺候控制器及所述跟踪运算器的定位器。

5.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述跟踪运算器接收GPS测得的输入信号，并把误差运算结果即时输出给所述伺候控制器。

6.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述失控监测器用于实时监测无人机的飞行状态是否失控；所述失控监测器把监测信息即时发送给所述伺候控制器。

7.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述通信模块对接收到的PN序列和本地序列比较后得到无人机的斜距信号，并将数据解调得到无人机航向及俯仰偏差数传输给所述伺候控制器；所述通信模块，还利用3G/4G无线传输技术进行数据的空中传输。

8.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述伺候控制器，内置ARM内核处理器，支持Linux操作装置及Android操作装置；所述伺候控制器用于依据所述无人机的位置信息与预设航线，控制无人机位于所述预设航线上；所述伺候控制器测量无人机的横滚角、俯仰角和航向角，并采用快速卡尔曼滤波算法推算出无人机的姿态角，生成追踪其轨迹的引导指令及生成相应的电机控制信号。

9.根据权利要求1所述的无人机定向引导捕捉装置，其特征在于，所述存储器为移动硬盘、SD卡、U盘或者云存储装置，用于记录无人机的飞行状态及飞行故障信息。