CN210776324U

CN210776324U - 自动跟随式车载系留无人机

Info

Publication number: CN210776324U
Application number: CN201922281046.6U
Authority: CN
Inventors: 尹彦卿; 罗伟; 陈梦云; 鲁运胜; 黎良鹏; 张陟超
Original assignee: Avic Jincheng Unmanned System Co ltd
Current assignee: Avic Jincheng Unmanned System Co ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-18

Abstract

本实用新型公开了一种自动跟随式车载系留无人机，包括：空中装置、地面装置及数据传输装置，其中，空中装置包括飞控和受飞控调节的飞行器，地面装置包括运载车辆、安装于运载车辆上的地面控制站、供电设备和地面三维定位装置，飞行器和地面控制站通过一系留线缆连接，飞控和地面控制站之间通过数据传输装置实现双向数据交换。该车载系留无人机可实现对运载车辆的水平运动信息、三轴姿态和速度、垂直高度进行全方位、高精度的测量，使得飞行器能够自动跟随地面运载车辆的垂直位置进行上升或下降，避免线缆松弛打结或张紧崩断，确保稳定的飞行状态，实现自动跟随。

Description

自动跟随式车载系留无人机

技术领域

本实用新型涉及一种无人机，具体涉及自动跟随式车载系留无人机，属于飞行器技术领域。

背景技术

系留无人机系统由多旋翼无人机、系留线缆、地面起降平台组成，通过一根高压输电线缆将地面的电能传输到天空中飞行的无人机上，无人机使用地面供电长时间滞空悬停飞行，滞空时间远超过常规电动无人机。同时，机载设备采集的高清视频等数据可以通过系留线缆内置的光纤回传到地面，具有空中长时间作业、数据传输带宽大的优势，整个系统可独立式安装，也可以车载安装，并能自动同步跟随车辆移动。车载式系留无人机是指将系留无人机平台部署到移动车辆上，通过长时间的高空观测扩展地面车辆的视野，使其视线突破近处丛林、山地的遮挡，大幅扩展观测范围，尤其在军事侦查领域具有极高的应用价值。

但是，车载式系留无人机的实际推广和规模化应用并不十分顺利，目前主要存在以下两个技术难点：

1、系留无人机的水平定位问题。由于地面车辆处于高速不定向移动中，因此需要飞行器具有自动跟随地面车辆进行水平位移的能力。否则，若飞行速度和方向完全由人工操控，对操纵人员飞行技术水平要求较高，劳动量大，且容易出现操作失误，导致飞行事故。

2、系留无人机的垂直定位问题。当地面车辆在丘陵、山地等地形中移动时，随着地面的起伏，车辆存在垂直方向上的位移，若飞行器不跟随此位移进行升降的话，可能导致线缆松弛打结，或者张紧、崩断、影响飞行状态，容易导致飞行事故。

鉴于上述原因，有必要对车载系留无人机进行持续深入的改进和研究。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种自动跟随式车载系留无人机。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

自动跟随式车载系留无人机，包括：空中装置、地面装置及数据传输装置，所述空中装置包括飞控和受飞控调节的飞行器，所述地面装置包括运载车辆、安装于运载车辆上的地面控制站、供电设备和地面三维定位装置，所述飞行器和地面控制站通过一系留线缆连接，所述飞控和地面控制站之间通过数据传输装置实现双向数据交换。

优选地，前述运载车辆的车体顶部设置有一起降平台，所述地面三维定位装置安装于起降平台上，起降平台用于飞行器降落后的停放。

优选地，前述数据传输装置为有线通讯方式或无线通讯方式，所述有线通讯方式选自串口、网口或光纤数据通讯中的一种，所述无线通讯方式为微波数据通讯，无线通讯方式的传输更加灵活，不受地形或线路长短等客观因素的限制。

再优选地，前述飞控上搭载有空中惯性导航和空中卫星定位装置以测定飞行器的三维位置，所述数据传输装置将飞行器的三维位置传输至地面控制站，从而实现数据及时有效的反馈和交互。

进一步优选地，前述地面三维定位装置包括：卫星定位装置、气压计、惯性导航装置和数据融合处理器，所述卫星定位装置、气压计及惯性导航装置均将采集数据传输至数据融合处理器。其中，前述卫星定位装置为GPS或北斗卫星定位装置，采集地面装置的水平运动信息，精度为±1.5m；前述惯性导航装置采集地面装置的三轴姿态和速度，精度为±20cm；前述气压计测定地面装置的高度信息，精度为±20cm。这样即可准确地采集到地面车辆的三维位置，飞行器在接受到地面车辆的三维位置后能够及时地调整自身的位置，确保飞行平稳性。

本实用新型的有益之处在于：

（1）本实用新型的车载系留无人机通过数据传输装置实现飞控和地面控制站之间的双向数据交换，通过地面三维定位装置采集运载车辆的三维信息，飞控则通过自身搭载的空中惯性导航和空中卫星定位装置测定飞行器的三维位置，这样一来，飞行器具有自动跟随地面车辆的位置和速度进行水平位移的能力。

（2）通过新型的地面三维定位装置实现对运载车辆的水平运动信息、三轴姿态和速度、垂直高度进行全方位、高精度的测量，使得飞行器能够自动跟随地面运载车辆的垂直位置进行上升或下降，避免线缆松弛打结或张紧崩断，确保稳定的飞行状态，实现自动跟随。

附图说明

图1是本实用新型的车载系留无人机的一个具体实施例的结构框图；

图2是图1所示实施例中的地面三维定位装置的结构框图；

图3是本实用新型的车载系留无人机的地面装置的结构示意图；

图4是本实用新型的车载系留无人机的空中装置的结构示意图。

图中附图标记的含义：1、运载车辆，2、地面控制站，3、供电设备，4、起降平台，5、地面三维定位装置，6、飞行器，7、机体，8、系留线缆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型公开了一种自动跟随式车载系留无人机，如图1所示，包括：空中装置、地面装置及数据传输装置。数据传输装置是空中装置与地面装置的“桥梁”，实现两者之间的双向数据交换。在实际使用中，可根据实际需要选择有线通讯方式或无线通讯方式，其中，有线通讯方式选自串口、网口或光纤数据通讯中的一种，而无线通讯方式为微波数据通讯。相较而言，无线通讯方式的传输更加灵活，不受地形或线路长短等客观因素的限制。

其中，空中装置的结构如图4所示，包括飞控和飞行器6，飞行器6的飞行姿态、速度和位置受飞控调节，飞控安装于飞行器6的机体7内部，因而图中未示出。为了掌握飞行器6的飞行情况，我们需要对飞行器6的位置进行实时监控。因此，在飞控上搭载有空中惯性导航和空中卫星定位装置以测定飞行器6的三维位置，通过数据传输装置将飞行器6的三维位置传输至地面控制站2，从而实现数据及时有效的反馈和交互。

地面装置的结构如图3所示，包括运载车辆1、安装于运载车辆1上并跟随运载车辆1移动的地面控制站2、供电设备3和地面三维定位装置5。飞行器6和地面控制站2通过一系留线缆8连接，为飞行器6提供持续的电能传输，飞控和地面控制站2之间通过数据传输装置实现双向数据交换，这样一来，空中的飞行器6根据接收到的地面运载车辆1的位置信息来随时调整自己的飞行高度和飞行速度等，确保长时间可靠稳定的飞行。

如图3所示，在运载车辆1的车体顶部设置有一起降平台4，用于飞行器6降落后的停放。而地面三维定位装置5安装于起降平台4上，用于采集地面运载车辆1的运动、水平位置及垂直位置等全方位信息。

正如前面所述，本实用新型的地面三维定位装置5能够实现对运载车辆1的水平运动信息、三轴姿态和速度、垂直高度进行全方位、高精度的测量，如图2所示，该三维定位装置5具体包括：卫星定位装置、气压计、惯性导航装置和数据融合处理器，卫星定位装置、气压计及惯性导航装置均与数据融合处理器相连接以将采集数据传输至数据融合处理器。

其中，卫星定位装置采用GPS或北斗卫星定位装置，用于采集地面装置较为准确的水平运动信息，精度可达±1.5m，但它在垂直方向上的定位能力较差，误差为±100m。因此，需要使用惯性导航装置测定的地面平台移动信息（三轴姿态和速度）及气压计测定的高度信息（精度±20cm），接着通过数据融合处理器对采集到的数据信息进行融合补偿处理，该融合补偿处理是基于卡尔曼滤波的数据融合处理技术，是本领域中惯常使用的数据处理方法，因此此处不作赘述。这样一来，通过该地面三维定位装置5即可准确地采集到地面车辆的三维位置，飞行器6在接受到地面车辆的三维位置后能够及时地调整自身的位置，确保飞行平稳性。

该系留无人机的工作原理为：首先，飞控通过自身搭载的惯性导航和卫星定位装置测定飞行器6的三维位置，接着，将自身的运动和定位信息通过数据链传输到地面控制站2；地面控制站2读取地面三维定位装置5测定的地面运载车辆1的位置和运动信息，并将飞行器6的目标移动速度通过数据传输装置上传到飞控；飞控控制飞行器6运动，同时将飞行器6的移动速度和位置信息反馈至地面控制站2，确保飞行器6自动跟随地面车辆。

综上，本实用新型的车载系留无人机通过数据传输装置实现飞控和地面控制站2之间的双向数据交换，通过地面三维定位装置5采集运载车辆1的三维信息，飞控则通过自身搭载的空中惯性导航和空中卫星定位装置测定飞行器6的三维位置，这样一来，飞行器6具有自动跟随地面车辆的位置和速度进行水平位移的能力。而且，该自动跟随式车载系留无人机通过新型的地面三维定位装置5实现对运载车辆1的水平运动信息、三轴姿态和速度、垂直高度进行全方位、高精度的测量，使得飞行器6能够自动跟随地面运载车辆1的垂直位置进行上升或下降，避免线缆松弛打结或张紧崩断，确保稳定的飞行状态，实现自动跟随。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，包括：空中装置、地面装置及数据传输装置，所述空中装置包括飞控和受飞控调节的飞行器，所述地面装置包括运载车辆、安装于运载车辆上的地面控制站、供电设备和地面三维定位装置，所述飞行器和地面控制站通过一系留线缆连接，所述飞控和地面控制站之间通过数据传输装置实现双向数据交换。

2.根据权利要求1所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述运载车辆的车体顶部设置有一起降平台，所述地面三维定位装置安装于起降平台上。

3.根据权利要求1所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述数据传输装置为有线通讯方式或无线通讯方式，所述有线通讯方式选自串口、网口或光纤数据通讯中的一种，所述无线通讯方式为微波数据通讯。

4.根据权利要求1所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述飞控上搭载有空中惯性导航和空中卫星定位装置以测定飞行器的三维位置，所述数据传输装置将飞行器的三维位置传输至地面控制站。

5.根据权利要求1所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述地面三维定位装置包括：卫星定位装置、气压计、惯性导航装置和数据融合处理器，所述卫星定位装置、气压计及惯性导航装置均将采集数据传输至数据融合处理器。

6.根据权利要求5所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述卫星定位装置为GPS或北斗卫星定位装置，采集地面装置的水平运动信息，精度为±1.5m。

7.根据权利要求5所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述惯性导航装置采集地面装置的三轴姿态和速度，精度为±20cm。

8.根据权利要求5所述的自动跟随式车载系留无人机，其特征在于，所述气压计测定地面装置的高度信息，精度为±20cm。