专利名称：一种全自动无人飞行器控制系统的制作方法
一种全自动无人飞行器控制系统[技术领域]本发明涉及无人驾驶飞行器领域，尤其涉及一种全自动无人飞行器 控制系统。 [背景技术]无人驾驶飞行器，是一个跨行业、跨学科的综合性高科技产品。随 着力学、热力学、材料学、人工智能、计算机技术、微电子技术、通信 技术、先进推进技术、纳米技术、半导体技术、制造工艺学、新能源等 新技术的开发应用， 一批以高性能、高效率、信息化为主要标志的全新军民用航空飞行器即将出现，成为21世纪航空技术发展的代表。无人 驾驶直升机则体现了上述高新技术的综合技术集成应用的实例，是无人 驾驶飞行器中结构最复杂，技术层面最多的综合技术集成平台。无人驾驶飞行器是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进 行操控的不载人飞行器。无人驾驶飞行器使用成本低，不但能完成有人 驾驶飞机执行的任务，更适用于有人飞机不宜执行的任务，如危险区域 的侦察、空中救援指挥和遥感监测。其中，无人驾驶直升机的技术优势 是能够定点起飞、降落，对起降场地的条件要求不高，其飞行也是通过 无线电遥控或通过机载计算机实现程控。 一般采用无线遥控的方式对无 人直升机进行操纵，飞机飞行距离只能局限在目视距离内， 一人只能操 控一架飞机，极大地限制了无人直升机的应用。另外，若采用手动遥控， 飞机作业的时间也受到限制，否则会因操作者过渡疲劳而使飞机出现意 外。[发明内容]本发明为克服现有技术的不足，采用了智能化的全自动飞行控制系 统，可对无人驾驶飞行器进行全自动操控；还可通过网络控制技术实现 远距离控制，可做到一人对多架无人驾驶飞行器进行操控。为实现上述目的，本发明一种全自动无人飞行器控制系统，包括地 面控制系统、机载飞控系统、无人飞行器，其特征在于地面控制系统 包括主要由中心控制器、控制中心控制器的主控计算机、inernet网 络和中心天线形成的主控制系统，作为人机交互界面的用户计算机，以 及GPS导航系统；无人飞行器上的机载飞控系统主要由飞行器控制器、 组网天线、GPS天线、DSP、导航摄像头、传感器等组成；将地面控制系 统中的主控制系统设置成远程internet网络控制，主控制系统得到远 程internet控制权限，由主控制系统再设置远程控制的用户计算机的 权限用户名、密码及主控制系统在internet网络中的IP地址，登陆WEB 界面后，控制主控计算机对中心控制器输入信号，经中心控制器处理后 通过中心天线将信号发射出去，机载飞控系统中的组网天线接收此信号 并连同传感器反馈给飞行器控制器的传感器信号以及导航摄像头传输 给飞行控制器的图像信号一并通过DSP处理后被GPS接受器接收，再经 中心天线进行发射通讯，实现地面控制系统与机载飞控系统的远程无线 通讯和控制。所述的飞行器控制器采用嵌入式计算机系统，嵌入式计算机系统的 CPU芯片还分别控制连接GPS导航模块、INS控制模块、音/视频模块、 无线宽带模块、无线网桥模块。将一架或多架无人飞行器设置为中继通讯飞行器，中心控制器通过 组网天线实现无线宽带控制，启动中继通讯飞行器的无线宽带网桥功 能，实现飞行器的无线宽带中继控制功能。所述机载飞控系统还增设有2-8路模拟量输入、4-8路开关输出或 --个USB接口。所述的传感器包括平衡仪、速度传感器、陀螺仪、方向控制力矩控 制器、方向控制力矩检测器、机尾力矩控制器、机尾力矩检测器、油门 控制器、油门控制力矩检测器、障碍传感器、温度传感器、湿度传感器、 高度仪、用于油量检测的压力传感器，以及由4套激光测距仪构成的地 面状态传感器。本发明现有技术相比，自动化程度极高，具有较强大的系统稳定性 和功能灵活性，且通过智能化系统，实现无人飞行器的定向飞行、定高 飞行、定点悬停，指定航线飞行和执行任务、超视距飞行和执行任务； 可应用各种低空遥感、航拍、空中监控、空中摄影测量、空中摄像，通 信数据转播等，是一种安全、可靠、低成本的新型飞控技术，极大地拓 展无人驾驶飞行器的功能和用途。 [
]图1是无人驾驶飞行器全自动驾驶系统主要构成示意图。 图2是无人驾驶飞行器全自动驾驶系统的飞行器机载飞控系统和地面控制系统的组成示意图。参见附图1， 1为主控制系统，2为机载飞控系统，3为internet网络。指定图2为摘要附图。[具体实施例]下面对本发明做进一步的描述。一、 地面控制系统主要包括主控制系统，用户计算机，GPS导航系统，其中主控制系 统包括中心控制器、主控计算机、internet网络、中心天线构成，主要 完成如下功能-1、 主控计算机对中心控制器进行控制，中心控制器与飞行器分别 通过各自的中心天线和组网天线实现宽带组网，完成对飞行器的控制；2、 只有在中心控制器给了远程internet网权限后，远程internet 网才能对中心控制器进行通讯，从而完成对飞行器的控制；3、 飞行器各种状态仪表参数均能在中心控制器显示；4、 中心控制器可以同时控制本网络内多架飞行器。二、 机载飞控系统主要包括飞行器控制器、组网天线、全球定位系统即GPS天线、导 航摄像头、各种传感器、飞行状态力矩输出等组成，完成惯性导航INS/ GPS导航GNSS，具体组成及功能如下1、 飞行器控制器是飞行器核心控制终端，主要由嵌入式计算机系 统，GPS导航模块，INS控制模块，音/视频模块，无线宽带模块，无线 网桥模块构成。2、 组网天线完成飞行器与中心控制器无线数据传输。3、 GPS天线接收GPS卫星信号。4、 导航摄像头人工监视控制飞行器。5、 平衡仪输入信号给飞机控制器控制，完成自动飞行状态。6、 角速度传感器输入信号给飞机控制器控制，完成自动飞行状态。7、 加速度传感器输入信号给飞机控制器控制，完成自动飞行状态。8、 陀螺仪输入信号给飞机控制器控制，完成自动飞行状态。9、 方向控制力矩控制器由飞行器控制器控制，完成飞行状态。10、 方向控制力矩检测器以三维方式反馈方向控制力矩信息给飞 行器控制器，完成自动控制。11、 机尾力矩控制器由飞行器控制器控制，完成飞行状态。12、 机尾力矩检测器反馈机尾力矩信息给飞行器控制器，完成自 动控制。13、 油门控制器提供整个飞行器动力控制。14、 油门控制力矩检测器反馈油门信息给飞行器控制器，完成自 动控制。15、 障碍传感器由6套超声波或激光测距仪构成，分别监控飞行 器的上、下、左、右、前、后方面的障碍阻挡物，当检测到障碍物时， 自动调整飞行路线。16、 地面状态传感器由4套激光测距仪构成，完成飞行器着陆地 面四个相距l一4米范围内地面是否平整，使航模飞机有安全着陆点。 同时也是飞行器离地面高度距离精确测量的传感器。17、 温度测量仪采用专用温度传感器，检测飞行器当前环境温度。 温度检测精确到0.5度。18、 湿度测量仪采用专用湿度传感器，检测飞行器当前环境湿度。湿度检测精确到5%RH。819、 高度仪采用专用压力传感器，12位A/D转换/EER0M校正，检 测当前飞行器海拔高度，海拔高度检测精确到1米。20、 音频输入口双声道或定向话筒的语音输入，通过飞行器控制 器的无线宽带传输给中心控制器。21、 音频输出口中心控制器的双声道语音，通过中心控制器的无 线宽带传输给航模飞机控制器输出。22、 油量检测仪采用压力传感器，12位A/D转换/EER0M校正，油 量检测精确到25克。23、 电量检测仪12位A/D转换/EER0M校正，检测精确10mV，当电 量低时，自动启动充电系统，由机载电动机或外接充电电源进行充电。24、 电动机:完成发动机的启动，机载电子设备供电，电池充电，飞 行器紧急动力，简易油电混合动力系统，适合远距离飞行和发动机故障 应急飞行与着陆。25、 电源a. 可充电蓄电池向整个飞机供电。b. 飞机飞行时，电池电量不足，自动给电池充电。c. 外接充电电源飞行器着陆后由外接电源向电池充电。飞行 器需要飞行时，外接电源向电动机供电，由控制系统控制，完成飞机发 动机启动。d. 在没有外接充电电源，电池电量充足时，由飞行器控制器控 制，向飞行器电动机供电，完成飞行器发动机启动。26、 充电挂钩主要用于远程internet网络控制，当飞行器由控制 器控制发动机启动后，外接充电电源与飞行器电源系统自动脱离。27、发动机给整个飞行器提供动力，可以手动启动和控制系统自 动启动。三、 远程网络控制将主控制系统设置成远程internet网络控制，远程internet控制 就得到权限，控制方在地球的任何地点，只要有internet网络，就能 够对飞行器进行控制，控制方不需要安装任何软件，由主控制系统设 置远程控制的权限用户名，密码，和主控制系统在internet网络中的 IP地址，登陆WEB界面就可以全功能控制。四、 无线宽带中继控制功能 当无人飞行器需要远距离飞行，无线宽带信号不能有效到达的地方时，可以将飞行器中的一架或几架设置为中继通讯飞机，控制通讯中继 飞机到达指定地方后，中心控制器通过无线宽带控制，启动飞行器无线 宽带网桥功能即可，在该系统中，多架飞行器可作为中继通讯飞行器， 此功能适合高山，峡谷等恶劣地形环境条件下使用。五、 其他附加功能机载飞控系统中还可附加2-8路模拟量输入量，如12位A/D (0-5V/0-12V输入)、4-8路100V/1A的开关输出、1个USB接口;以 及向外输出电源直流+5V(lA)或+12V(0.5A)，这些附加功能可以作为 二次测量仪表接口，完成空中数据采集、空投，条件约定输出等系列功 能。本发明的无人驾驶飞行器全自动驾驶系统，技术先进，功能强大， 自动化程度极高，具有较强的系统稳定性能和功能灵活性。本发明的自 动驾驶系统可适用于各种无人驾驶飞行器包括直升机、飞艇、飞碟、气球、固定翼飞机等。通过本发明的智能化驾驶系统，无人飞行器可实现 控制定向飞行、定高飞行、定点悬停；指定航线飞行和执行任务；超视 距飞行和执行任务；可应用各种低空遥感、航拍、空中监控、空中摄影 测量、空中摄像，通信数据转播、交通状况监控、大气环境监测、森林 防火、海岸巡防监视、军事侦察等领域，是一种安全、可靠、低成本的 新型飞控技术。
权利要求
1.一种全自动无人飞行器控制系统，包括地面控制系统、机载飞控系统、无人飞行器，其特征在于地面控制系统包括主要由中心控制器、控制中心控制器的主控计算机、inernet网络和中心天线形成的主控制系统，作为人机交互界面的用户计算机，以及GPS导航系统；无人飞行器上的机载飞控系统设有飞行器控制器、组网天线、GPS天线、DSP、导航摄像头、传感器；将地面控制系统中的主控制系统设置成远程internet网络控制，主控制系统得到远程internet控制权限，由主控制系统再设置远程控制的用户计算机的权限用户名、密码及主控制系统在internet网络中的IP地址，登陆WEB界面后，控制主控计算机对中心控制器输入信号，经中心控制器处理后通过中心天线将信号发射出去，机载飞控系统中的组网天线接收此信号并连同传感器反馈给飞行器控制器的传感器信号以及导航摄像头传输给飞行控制器的图像信号一并通过DSP处理后被GPS接受器接收，再经中心天线进行发射通讯，实现地面控制系统与机载飞控系统的远程无线通讯和控制。
2. 根据权利要求1所述的一种全自动无人飞行器控制系统，其特 征在于所述的飞行器控制器采用嵌入式计算机系统，嵌入式 计算机系统的CPU芯片还分别控制连接GPS导航模块、INS控 制模块、音/视频模块、无线宽带模块、无线网桥模块。
3. 根据权利要求1所述一种全自动无人飞行器控制系统，其特征在于将一架或多架无人飞行器设置为中继通讯飞行器，中心 控制器通过组网天线实现无线宽带控制，启动中继通讯飞行器 的无线宽带网桥功能，实现飞行器的无线宽带中继控制功能。
4. 根据权利要求1所述一种全自动无人飞行器控制系统，其特征在于所述机载飞控系统还增设有2-8路模拟量输入、4-8路 开关输出或一个USB接口。
5. 根据权利要求1所述一种全自动无人飞行器控制系统，其特征在于所述的传感器包括平衡仪、速度传感器、陀螺仪、方向控制力矩控制器、方向控制力矩检测器、机尾力矩控制器、机 尾力矩检测器、油门控制器、油门控制力矩检测器、障碍传感 器、温度传感器、湿度传感器、高度仪、用于油量检测的压力 传感器，以及由四套激光测距仪构成的地面状态传感器。
全文摘要
本发明涉及无人驾驶飞行器领域，尤其涉及一种全自动无人飞行器控制系统，其特征在于地面控制系统包括主要由中心控制器、主控计算机、inernet网络和中心天线形成的主控制系统，作为人机交互界面的用户计算机，GPS导航系统；无人飞行器上的机载飞控系统设有飞行器控制器、组网天线、GPS天线、DSP、导航摄像头、传感器；地面控制系统中的主控制系统得到远程internet控制权限，由主控计算机对中心控制器输入信号，经中心控制器处理后通过天线实现与机载飞控系统的远程无线通讯和控制。本发明与现有技术相比，自动化程度高，实现无人飞行器的多种飞行任务；可应用各种低空遥感、航拍、监控、摄影测量、摄像，通信数据转播等。
文档编号G05D1/00GK101592955SQ20091004896
公开日2009年12月2日 申请日期2009年4月8日 优先权日2009年4月8日
发明者刘素霞, 卓 孙, 鹏 孙, 李青福 申请人:卓 孙