一种用于无人机编队飞行的控制系统的制作方法_3

文档序号:9451952阅读:来源:国知局
1n)接口 15与所述长机自动驾驶仪4连接,用于与所述的长机自动驾驶仪4通信,长机编队控制器2通过该接口向长机自动驾驶仪4发送飞行航迹和飞行任务,同时接收长机自动驾驶仪4传来的飞行状态参数。
[0038]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。
[0039]所述僚机编队控制器6包括:一卫星导航模块18,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6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。
[0040]所述僚机编队控制器6还包括:一编队通讯电台接口 17,与所述僚机的编队通讯电台5连接,用于编队内组网通信,通过该接口,僚机编队控制器6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。
[0041]所述僚机编队控制器6还包括:一 SBUS接口 19,与所述僚机自动驾驶仪连接7,用于输出僚机自动驾驶仪7所需的控制信号。通过该接口控制僚机自动驾驶仪7的工作模式,在起飞着陆阶段,僚机自动驾驶仪7工作在自主起飞着陆模式;在编队飞行阶段,僚机自动驾驶仪7工作在增稳模式。
[0042]所述僚机编队控制器6还包括:一 GNSS接口 21,与所述僚机自动驾驶仪7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7所需的定位信息。
[0043]所述僚机编队控制器6还包括:一 GCS (Ground Control Stat1n)接口 20与所述僚机自动驾驶仪7连接,用于与所述的僚机自动驾驶仪7通信。僚机编队控制器6通过该接口向僚机自动驾驶仪7发送飞行任务,同时接收僚机自动驾驶仪7传来的飞行状态参数。
[0044]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,编队飞行过程中采用伪距差分算法定位。
[0045]编队飞行时,长机收集编队中本机和僚机的飞行信息,并将整个编队的飞行信息传送到地面控制站11,同时将飞行任务发给僚机,僚机的飞行信息通过编队网络数据链传送到长机。
[0046]所述的地面控制站11在所有编队中的无人机起飞前,进行航迹规划和任务规划,也可以在编队飞行时进行在线的航迹或任务的重规划,同时显示所有无人机的飞行状态。
[0047]所述长机编队控制器2和僚机编队控制器6,在编队聚合时完成编队聚合算法;在编队解聚时完成编队解聚算法;在编队飞行时完成编队队形保持控制算法和编队队形变换算法。
[0048]所述长机编队控制器2和僚机编队控制器6,在根据飞行的不同阶段切换到不同的飞行模式。
[0049]下面从时间上来说明该系统:
无人机起飞前首先地面装置中的地面控制站11对整个编队进行航迹规划和任务规划,以确定编队无人机的飞行航迹和任务。地面装置中的地面差分基站10尝试与各个编队长机编队通讯电台I和僚机编队通讯电台5进行通信,发送差分定位数据。稍后地面控制站11显示编队无人机数据通信状态,通过地面通讯电台9获取编队无人机的飞行参数和状
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[0050]编队中带有大功率跳频通讯电台的长机率先起飞,通过长机编队控制器2相连的长机地面站通讯电台3与地面控制站11建立数据链,实时传输编队状态。长机通过与长机编队控制器2相连的长机编队通讯电台I和地面装置的地面差分电台8通信,获取地面装置的地面差分基站10的差分定位数据,同时结合卫星导航模块13接收到的卫星定位数据进行高精度RTK (Real-time kinematic)定位,并将该高精度的定位数据通过GNSS接口16提供给长机自动驾驶仪4,实现高可靠的自主起飞。长机编队控制器2采用高性能处理器,并搭载实时操作系统,为复杂费时的定位算法和编队控制算法提供实时性保证。僚机随后依次起飞,定位方法与长机相同,通过和僚机编队控制器6相连的僚机编队通讯电台5与地面装置的地面差分电台10通信,接收地面装置中地面差分基站10发出的差分数据,进行差分定位,差分算法是RTK (Real-time kinematic)差分。僚机通过僚机编队控制器6的GNSS接口 21将数据传送给僚机自动驾驶仪7,实现高可靠的自主起飞。长机自动驾驶仪4的飞行控制指令始终来自长机自动驾驶仪4内部的解算。僚机自动驾驶仪7的控制指令在僚机自主起降阶段飞行控制指令来自僚机自动驾驶仪7内部的解算,其他飞行阶段飞行控制指令来自于僚机编队控制器6的解算,通过SBUS接口 19传送给僚机自动驾驶仪7,此时编队控制器对于僚机自动驾驶仪7来讲相当于遥控器,僚机自动驾驶仪7工作在增稳模式。
[0051]长机起飞后,在机场附近盘旋,等待僚机加入编队。起飞的僚机以尽可能快的速度飞向长机,加入编队。僚机在由远及近的接近长机的过程中定位算法由原来与地面装置之间的RTK (Real-time kinematic)定位切换到与长机之间的伪距差分定位,僚机编队控制器6通过僚机编队通讯电台5与长机编队通讯电台I通信,获取长机的位置信息,并结合僚机自身的僚机编队控制器6的卫星导航模块18所接收到的卫星定位数据进行高精度RTK(Real-time kinematic)定位,从而实现准确的加入编队飞行。
[0052]长机和僚机通过长机编队通讯电台I和僚机编队通讯电台5组建成局域网,无论长机还是僚机都是通过各自编队控制器和各自的GCS接口和获取来自稳定飞行姿态的自动驾驶仪长机自动驾驶仪4和僚机自动驾驶仪7的飞行参数,长机编队控制器2和僚机编队控制器6分别通过长机编队通讯电台I和僚机编队通讯电台5组建的局域网获取其它编队控制器的飞行参数。长机将实时获取的整个编队无人机的飞行参数打包,并通过地面通讯电台9发送到地面装置的地面控制站11,地面控制站11对数据解包以实时显示编队的状态,以及每一架飞机的飞行参数。长机接收地面通讯电台9的编队任务和控制指令,并对任务作进一步的处理后通过编队间的局域网络分配给加入编队的僚机,僚机获取任务后再次对任务进行处理,结合编队控制算法得到控制指令,控制僚机飞行。
[0053]编队任务结束后,编队无人机按预定航迹返航,到达机场附近时编队飞机按照解聚算法解聚离开编队,开始独立飞行,此时由于距离
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