一种用于无人机编队飞行的控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]
本发明涉及无人机编队飞行控制技术领域。
【背景技术】
[0002]由于单无人机所搭载的设备有限，而编队作业的无人机可以分散挂载设备，同样架数编队飞行的无人机可以携带更多的设备，编队飞行也能节省能源。无人机编队飞行是无人机发展的一个重要趋势，拥有广阔的发展前景。
[0003]本发明就是在这样的背景下，发明一种用于无人机编队飞行的控制系统，该系统较以往方案相比的最大不同在于将编队控制的任务与自动驾驶仪分开在两个不同的设备上。将编队控制的任务由一个叫做编队控制器的装置完成，这样做的好处一是减少自动驾驶仪的处理负担，二是当编队控制要求改变时，原有的自动驾驶仪不必作任何改动，只需开发编队控制器即可。最大程度的利用现有的自动驾驶技术，集中精力开发编队控制器。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种用于无人机编队飞行的控制系统，以实现多架无人机按照地面控制站的规划进行自主起飞、编队飞行和自主着陆。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无人机编队飞行的控制系统，包括一个长机编队控制装置、多个僚机编队控制装置和一个地面装置。
[0006]所述长机编队控制装置包括:长机编队控制器、长机自动驾驶仪、长机地面通讯电台和长机编队通讯电台；所述长机自动驾驶仪、长机地面通讯电台和长机编队通讯电台分别与长机编队控制器相连；
所述长机编队控制器包括:卫星导航模块、地面站通讯电台接口、编队通讯电台接口、GNSS接口、GCS(Ground Control Stat1n)接口和一套长机编队控制器软件；所述地面站通讯电台接口与长机地面通讯电台连接；所述编队通讯电台接口与长机编队通讯电台连接；所述GNSS接口和GCS (Ground Control Stat1n)接口分别与长机自动驾驶仪连接；一套长机编队控制器软件，作用于长机编队控制器各个接口和模块；
所述僚机编队控制装置包括:僚机编队控制器、僚机自动驾驶仪和僚机编队通讯电台；所述僚机自动驾驶仪和僚机编队通讯电台分别与僚机编队控制器相连；
所述僚机编队控制器包括:卫星导航模块、编队通讯电台接口、SBUS接口、GNSS接口、GCS (Ground Control Stat1n)接口和一套僚机编队控制器软件；所述编队通讯电台接口与僚机编队通讯电台连接；所述SBUS接口、GNSS接口和GCS (Ground Control Stat1n)接口分别与僚机自动驾驶仪连接；一套僚机编队控制器软件，作用于僚机编队控制器各个接口和模块；
所述地面装置包括地面控制站和地面差分基站，地面控制站与地面通讯电台连接，地面差分基站与地面差分电台相连。
[0007]—种用于无人机编队飞行的控制系统，其控制方法为，
所述长机编队控制器的卫星导航模块，选用市场上较成熟的产品，能够接收美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、日本的QZSS或中国的北斗卫星导航信息，长机编队控制器从中选择一种或者结合多种导航信息，得到最为可靠和准确的导航信息，从而解算出长机所在位置信息，并将该信息以标准数据格式打包，作为差分算法的一个输入。
[0008]所述长机编队控制器的地面通讯电台接口，与所述地面通讯电台连接，用于接收地面控制站发来的控制指令和发送编队的飞行信息，长机编队控制器根据该接口获取的地面站的控制指令来进行任务的重规划与重分配，同时也将获取的编队飞行信息传送给地面站，供地面监控。
[0009]所述长机编队控制器的编队通讯电台接口，与所述长机编队通讯电台连接，用于编队内组网通信。通过该接口，编队控制器发送编队控制指令、分配各个僚机任务、广播本机的飞行信息，获取编队中其它无人机的飞行参数，并将处理过的参数通过地面站通讯电台接口传送给地面。
[0010]所述长机编队控制器的NSS接口，与所述长机的无人机自动驾驶仪连接，用于输出长机自动驾驶仪所需的定位信息，起飞着陆阶段，该定位信息由编队控制器通过由卫星导航模块获得的位置信息与地面差分基站之间作差分算法，得到精确的定位信息，并将该定位信息通过GNSS接口传给长机的自动驾驶仪。编队飞行时，定位信息仅由长机的卫星导航模块获得。
[0011]所述长机编队控制器的GCS (Ground Control Stat1n)接口与所述长机的无人机自动驾驶仪连接，用于与所述的长机自动驾驶仪通信，长机编队控制器通过该接口向长机自动驾驶仪发送飞行航迹和飞行任务，同时接收自动驾驶仪传来的飞行状态参数。
[0012]所述长机编队控制器软件，包括地面站通信、编队通讯、GNSS串口通信、RTK差分算法、获取卫导模块信息和飞行模式切换管理。飞行模式包括:飞行设置，飞行自检，自主起飞，编队聚合，编队飞行，队形保持，队形变换，编队解聚，自主着陆。其中飞行设置和飞行自检在起飞前，编队飞行、队形保持、队形变换、编队解聚是在飞行过程中。
[0013]所述僚机编队控制器的卫星导航模块，该模块选用市场上较成熟的产品，能够接收美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、日本的QZSS或中国的北斗卫星导航信息，僚机编队控制器从中选择一种或者结合多种导航信息，得到最为可靠和准确的导航信息，从而解算出僚机所在位置信息，并将该信息以标准数据格式打包，作为差分定位算法的一个输入。
[0014]所述僚机编队控制器的编队通讯电台接口，与所述僚机的编队通讯电台连接，用于编队内组网通信，通过该接口，僚机编队控制器接收长机的编队控制指令和任务、获取编队中其它无人机的飞行参数，同时广播本机的飞行信息。僚机通过该电台与长机实现伪距差分定位。
[0015]所述僚机编队控制器的SBUS接口，与所述僚机的无人机自动驾驶仪连接，用于输出僚机自动驾驶仪所需的控制信号。通过该接口控制僚机自动驾驶仪的工作模式，在起飞着陆阶段，自动驾驶仪工作在自主起飞着陆模式；在编队飞行阶段，自动驾驶仪工作在增稳模式。
[0016]所述僚机编队控制器的GNSS接口，与所述僚机的无人机自动驾驶仪连接，用于僚机在起飞着陆阶段，或者不再编队状态下，输出给僚机自动驾驶仪所需的定位信息。
[0017]所述僚机编队控制器的GCS (Ground Control Stat1n)接口与所述僚机的无人机自动驾驶仪连接，用于与所述的僚机自动驾驶仪通信。僚机编队控制器通过该接口向僚机自动驾驶仪发送飞行任务，同时接收僚机自动驾驶仪传来的飞行状态参数。
[0018]所述僚机编队控制器软件，包括编队通讯、GNSS串口通信、SBUS遥控指令、RTK差分算法、伪距差分算法、获取卫导模块信息和飞行模式切换管理。飞行模式包括:飞行设置，飞行自检，自主起飞，编队聚合，编队飞行，队形保持，队形变换，编队解聚，自主着陆。其中飞行设置和飞行自检在起飞前，编队飞行、队形保持、队形变换、编队解聚是在飞行过程中。随着飞行模式的不同，用于定位的差分算法也不同。起飞和着陆时采用RTK定位，编队飞行过程中采用伪距差分算法定位，编队飞行过程中