CN208110035U - 一种无人机测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机测距系统，包括机架本体，以机架本体中心呈轴对称和/或中心对称分布的数个飞翼，设置在机架本体内的STM32L0中央处理芯片，分别与中央处理芯片连接的存储器、射频收发器、超声测距装置、加速度计和飞行驱动器，与射频发生器连接的无线遥控器，设置在飞翼上且与飞行驱动器连接的直流马达，与直流马达连接的旋转桨叶，设置在机架本体内、用于获取无人机在水平和俯仰角度的飞行姿态信息的陀螺仪，垂直设置在机架本体底部、用于获取目标位置和矢量角度仪的连线与机架本体垂直方向的夹角的矢量角度仪，以及垂直设置在机架本体底部、用于测量无人机飞行高度的高度传感器。本实用新型具有结构简单、探测准确等优点。

Description

一种无人机测距系统

技术领域

本实用新型涉及无人机目标测距技术领域，尤其是一种无人机测距系统。

背景技术

无人机是一种以无线电遥控或者自身程序控制为主的非载人飞行器，其具有体积小、造假低、使用方便等优点，广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等领域。目前，无人机测距常采用超声测距和激光测距，其中，激光测距是通过发射激光信号至目标物体上，在通过接收模块的激光光敏器件检测被目标物体反射的激光，利用测量往返时间差来确定目标物体与无人机的距离，该方式要求检测器件的精度高，并且无人机在飞行中存在位置改变，使测距精度降低。另外，采用超声波测距也存在相同问题，即无人机位置时刻发生变化，测量的距离随时无人机飞行位置改变而改变。

实用新型内容

针对上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种无人机测距系统，具体技术方案如下：

一种无人机测距系统，包括机架本体，以机架本体中心呈轴对称和/或中心对称分布的数个飞翼，设置在机架本体内的电池组，设置在机架本体内且型号为STM32L0的中央处理芯片，分别与中央处理芯片连接的存储器和射频收发器，与射频发生器连接的无线遥控器，分别与电池组和中央处理芯片连接的飞行驱动器，设置在飞翼上且与飞行驱动器连接的直流马达，与直流马达连接的旋转桨叶，设置在机架本体底部、且分别与中央处理芯片和电池组连接的超声测距装置，还包括：

矢量角度仪，垂直设置在机架本体底部且与中央处理芯片连接，用于获取目标位置和矢量角度仪的连线与机架本体垂直方向的夹角。

加速度计和陀螺仪，设置在机架本体内、且与中央处理芯片连接，用于获取无人机在水平和俯仰角度的飞行姿态信息，并将该飞行姿态信息传输至中央处理芯片，以及

高度传感器，垂直设置在机架本体底部、且与中央处理芯片连接，用于测量无人机飞行高度。

所述电池组与矢量角度仪连接，用于矢量角度仪提供工作电源。

进一步地，所述机架本体底部环形一周设置至少3根等长度的支撑架。

更进一步地，所述射频收发器包括分别与电池组和中央处理芯片连接的射频发射电路和射频接收电路。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型巧妙地采用陀螺仪测量无人机飞行的俯仰角，由于无人机在飞行中存在俯仰角度的变化，测得的飞行高度并非绝对高度，通过该俯仰角的修正，可以获得无人机飞行的真实高度，进而，提高目标物体测距的准确精度。在此基础上，本实用新型采用矢量角度仪获取与目标的空间夹角，并通过高度传感器获得飞行实测高度，并结合俯仰角度转换成无人机飞行真实高度，求得目标物体的距离。另外，本实用新型配置的超声测距装置用于与矢量角度仪、高度传感器和陀螺仪求得的距离进行修正。通过上述方案，本实用新型具有结构简单、探测准确等优点，在无人机目标测距技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的无人机结构示意图。

图2为本实用新型的结构框图。

图3为射频信号接收电路原理图。

图4为射频信号发射电路原理图。

图5为本实用新型的测距原理图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-机架本体，2-飞翼，3-直流马达，4-旋转桨叶，5-超声测距装置，6-矢量角度仪，7-高度传感器，8-支撑架。

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说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图4所示，本实施例公开了一种无人机测距系统，在原有的基础上，增设矢量角度仪和高度传感器，并结合陀螺仪测量的俯仰角度修正，实现目标物体的准确定位。具体来说，本实施例的无人机测距系统包括机架本体1，以机架本体中心呈轴对称和/或中心对称分布的数个飞翼2，设置在机架本体内的电池组，设置在机架本体内且型号为STM32L0的中央处理芯片，分别与中央处理芯片连接的存储器和射频收发器，与射频发生器连接的无线遥控器，分别与电池组和中央处理芯片连接的飞行驱动器，设置在飞翼上且与飞行驱动器连接的直流马达3，与直流马达连接的旋转桨叶4，设置在机架本体底部、且分别与中央处理芯片和电池组连接的超声测距装置5，垂直设置在机架本体底部且与中央处理芯片连接、用于获取目标位置和矢量角度仪的连线与机架本体垂直方向的夹角的矢量角度仪6，设置在机架本体内、且与中央处理芯片连接、用于获取无人机在水平和俯仰角度的飞行姿态信息、并将该飞行姿态信息传输至中央处理芯片的加速度计和陀螺仪，垂直设置在机架本体底部、且与中央处理芯片连接、用于测量无人机飞行高度的高度传感器7，以及环形一周设置在机架本体底部的3根等长度的支撑架8。其中，电池组与矢量角度仪连接，用于矢量角度仪提供工作电源。

另外，本实施例中的射频收发器包括分别与电池组和中央处理芯片连接的射频发射电路和射频接收电路。其中，射频发射电路和射频接收电路存在多种类型，本实施例仅以2.4GHz的射频信号的其中一的电路为例。射频接收电路包括射频信号接收天线，与射频信号接收天线连接的带通滤波器，与带通滤波器连接、用于向中央处理芯片传输射频信号的低噪声放大器LNA，一端均与低噪声放大器LNA的控制端连接的和充电电容C3。所述上电抗冲击电感L3的另一端与电池组连接，并且充电电容C3的另一端接地。另外，所述射频发射电路包括依次连接的上电抗冲击电感L1、上电抗冲击电感L2、充电电容C2和射频信号发射天线，一端均连接在上电抗冲击电感L1和上电抗冲击电感L2之间的限流电阻R2、晶振Y1和充电电容C1，基极连接在限流电阻R2和晶振Y1之间、集电极连接在上电抗冲击电感L2与充电电容C2之间、且发射极与充电电容C1另一端连接的三极管VT1，集电极与三极管VT1的发射极连接、且发射极接地的三极管VT2，以及一端与三极管VT2的基极连接的限流电阻R1。所述限流电阻R1的另一端与中央处理芯片连接。在电路中，上电抗冲击电感L1为0.75uH，上电抗冲击电感L2为20uH，上电抗冲击电感L3为0.75uH，限流电阻R1为10kΩ，限流电阻R2为10kΩ，充电电容C1为5pF，充电电容C2为5pF，充电电容C3为5pF。

在本实施例中，无人机测距原理如图5所示。在某时刻，无人机处于A点，目标物体处于B点，由于矢量角度仪的体积较小，在此由其外形带来的误差可以忽略不计。此时，高度传感器检测到无人机的飞行高度为h1，并且矢量角度仪检测到目标和矢量角度仪的连线与垂直方向的夹角为β。高度传感器测量的距离h1并非无人机实际飞行高度。由于无人机飞行时存在俯仰角度δ，因此，无人机实际飞行高度为h(h＝h1*cosδ)，那么，无人机与目标物体的距离为S1(S1＝h/cosβ)。另外，经过T时刻，无人机飞行至C点，采用超声测距的方式测得无人机与目标物体的距离为(S1+S2)/T，该方式测量是存在偏差的。为了应对无人机的飞行高度的相对平面与物体目标不在同一水平面，因此，需要将超声波测距与矢量角度测距进行归一化处理，获得真正的距离。需要说明的是，归一化处理是现有成熟技术手段，本实施例并未对其进行改进，在此不予赘述其过程。本实用新型巧妙地利用矢量角度测距的方式，并结合超声波测距以获得无人机在不同飞行姿态下的目标物体真实距离。通过上述方案，本实用新型与现有技术相比较，具有实质性的特点和进步，在无人机目标测距技术领域具有广阔的市场前景。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无人机测距系统，包括机架本体，以机架本体中心呈轴对称和/或中心对称分布的数个飞翼，设置在机架本体内的电池组，设置在机架本体内且型号为STM32L0的中央处理芯片，分别与中央处理芯片连接的存储器和射频收发器，与射频发生器连接的无线遥控器，分别与电池组和中央处理芯片连接的飞行驱动器，设置在飞翼上且与飞行驱动器连接的直流马达，与直流马达连接的旋转桨叶，设置在机架本体底部、且分别与中央处理芯片和电池组连接的超声测距装置，其特征在于，还包括：

矢量角度仪，垂直设置在机架本体底部且与中央处理芯片连接，用于获取目标位置和矢量角度仪的连线与机架本体垂直方向的夹角；

加速度计和陀螺仪，设置在机架本体内、且与中央处理芯片连接，用于获取无人机在水平和俯仰角度的飞行姿态信息，并将该飞行姿态信息传输至中央处理芯片；以及

高度传感器，垂直设置在机架本体底部、且与中央处理芯片连接，用于测量无人机飞行高度；

所述电池组与矢量角度仪连接，用于矢量角度仪提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种无人机测距系统，其特征在于，所述机架本体底部环形一周设置至少3根等长度的支撑架。

3.根据权利要求1所述的一种无人机测距系统，其特征在于，所述射频收发器包括分别与电池组和中央处理芯片连接的射频发射电路和射频接收电路。