专利名称：无人机起飞降落阶段的地面站全权接管控制系统的制作方法
技术领域：
本发明是用于控制无人机自动起飞和降落的装置，能够全自动地引导并操纵无人机在复杂环境下的起飞和降落。主要应用在航空航天、无人机和机器人等技术领域。
背景技术：
无人机的起飞和降落是坠机事故的高发阶段，而当无人机在复杂环境下(如狭小地带或运动平台)起飞和降落时，事故发生率更高。无人机的自动起飞和降落通常只能在诸如宽阔平整场地等良好着陆条件下完成，而在复杂环境下多以遥控方式为主。此外，无人机在军舰和车辆等移动起降平台上着陆时，由于起降平台的姿态、位置和速度不断变化，无人机需要迅速、准确地调整自身姿态以保持与移动起降平台的同步运动，其降落过程甚为困难和危险。因此以往的无人机起飞和着陆方式危险性高、适用场合少，难以满足目前的无人机应用需求。本发明利用地面站实时对比无人机和起降平台的相对运动，持续计算出控制指令并直接全权控制无人机的飞行，使无人机可以在复杂环境下自动、安全地起飞和降落。与传统的无人机起飞和降落方法相比，本发明的优点是全自动起降、安全性高和适应范围广泛。 不但可使无人机在复杂地面(如高楼之间)按照地面站的指示实时修正航线，及时规避障碍物并安全起飞或降落；而且可使无人机实时、迅速地跟随起降平台的运动(如行进中的军舰、车辆等)，完成在移动起降平台上的起飞和降落。本发明可显著提高无人机在复杂环境下起飞和降落的飞行安全性，并可扩展无人机的装备适用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无人机在复杂环境下自主起飞和降落的系统。本发明的特征在于，含有无人机控制部和地面站控制部，其中无人机控制部，含有机载传感器组、飞行控制计算机、舵机适配器、舵机组、下行数据链路发射机和上行数据链路接收机，其中机载传感器组，集成有3轴角速率陀螺仪、3轴线加速度计、3轴磁力计、超声波高度计以及GPS接收机，以实时测量无人机的空间坐标、3轴角速度、3轴线加速度、3轴欧拉角和超声波相对高度，表示成飞行数据 (0 = [/〗，ΠΚ,Ξ^Δ/ζ;Τ，并发送给飞行控制计算机Ya= [xA(t)，yA(t)，ZA(t)]T*无人机的空间坐标，Π Α = [pA(t)，qA(t)，rA(t)]T 为无人机的 3 轴角速度，Aa= [%(0， (0，^(0]1为无人机的3轴线速度， toon] ξα = [ΦΑα)，eA(t), VA(t)]T 为无人机的 3 轴欧拉角，Ah为超声波相对高度；飞行控制计算机，设有所述机载传感器组输出的飞行数据信号输入端、向下行数据链路发射机发送飞行数据nA(t)的输出端，以及根据预先设定的飞行轨迹和飞行控制算法生成的飞控舵机指令S ^e(t) = [δ ^ei(t)，δ ^e2(t)，L，δ飞控n(t)]T，n为舵机数，其中期望的飞行轨迹表示为rc= [&(0，7。(0，2。(0]\其中，&(0，7。(0，2。(0为设定的空间坐标，t = 1，2，. . . .，L，L为设定的飞行时间长度，单位为秒；飞控指令δ ^ei(t)的表达式为
权利要求
1.无人机起飞降落阶段的地面站全权接管控制系统，其特征在于，含有无人机控制部和地面站控制部，其中无人机控制部，含有机载传感器组、飞行控制计算机、舵机适配器、舵机组、下行数据链路发射机和上行数据链路接收机，其中机载传感器组，集成有3轴角速率陀螺仪、3轴线加速度计、3轴磁力计、超声波高度计以及GPS接收机，以实时测量无人机的空间坐标、3轴角速度、3轴线加速度、3轴欧拉角和超声波相对高度，表示成飞行数据 (0 = [^,ΠΚ,Ξ$，Δ/^，并发送给飞行控制计算机 Ya = [xA(t)，yA(t)，zA(t)]T*无人机的空间坐标， Π Λ = [pA(t)，qA(t)，rA(t)]T为无人机的3轴角速度， Aa = [uA(t)，vA(t)，wA(t)]T为无人机的3轴线速度， ξα= [ΦΑα)，θΑα)，ΨΑα)]τ为无人机的3轴欧拉角， Ah为超声波相对高度；飞行控制计算机，设有所述机载传感器组输出的飞行数据信号输入端、向下行数据链路发射机发送飞行数据nA(t)的输出端，以及根据预先设定的飞行轨迹和飞行控制算法生成的飞控舵机指令S飞控(0 = [δ ^ei(t)，δ飞控2(t)，L，δ飞控n(t)]T，n为舵机数，其中 期望的飞行轨迹表示为rc= [&(0，&(0，、(0]\其中，&(0，&(0，、(0为设定的空间坐标，t = 1，2，. . .，L，L为设定的飞行时间长度，单位为秒； 飞控指令δ ^ei(t)的表达式为
全文摘要
无人机起飞降落阶段的地面站全权接管控制系统属于无人机技术领域，其特征在于，含有无人机控制部和地面站控制部；其中，无人机控制部，含有机载传感器组、飞行控制计算机、舵机适配器、舵机组、下行数据链路发射机和上行数据链路接收机；地面站控制部，含有地面站、下行数据链路接收机、上行数据链路发射机、起降平台和起降平台传感器组；在无人机起飞和降落阶段，飞行控制计算机利用下行数据链路，将飞行数据发送给地面站；地面站根据无人机与起降平台的相对运动关系，持续计算无人机操纵指令，并通过上行数据链路操纵无人机，使之在地面站的全权控制下完成起飞和降落。本发明可提高无人机在起飞和降落阶段的安全性，并扩展其应用场合。
文档编号G05D1/08GK102298389SQ20111015501
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者夏慧, 朱纪洪, 王冠林 申请人:清华大学