专利名称：一种导航控制系统及其实现导航控制的方法
技术领域：
本发明涉及航空导航领域，尤其涉及一种导航控制系统及其实现导航控制的方法。
背景技术：
航空遥感器是指荷载于有人飞机上的航空遥感设备，如航空相机、成像光谱仪、三维激光扫描仪和合成孔径雷达等；导航控制装置是指航空遥感作业中用于航线导航及遥感器工作触发控制的控制系统；目前航空遥感作业时，一般根据航线设计软件生成飞行计划， 导航控制装置根据飞行计划和接收到的实时GPS导航数据，通过导航控制软件，指引飞行员飞行，飞机进入设计航线作业点时，导航控制装置发送工作指令，飞机飞出作业航线后导航控制装置停止发送工作指令。现有的导航控制装置，一般采用外部的GPS接收机或者采用内嵌的低精度GPS接收机，GPS接收机只用于提供领航数据，不能记录遥感器的精确工作(数据获取)时刻，进而也就不能用于航后遥感器作业位置的精确解算。另外，现有的导航控制装置支持的脉冲电平是固定的，其不能根据需求调整，所以一般只支持某种指定类型的航空遥感器，不具有通用性和扩展性。
发明内容
本发明提供一种导航控制系统及其实现导航控制的方法，用以解决现有技术中航空导航系统不能记录传感器精确的工作反馈脉冲时刻，进而导致不能为遥感器作业位置的精确解算提供数据支持的问题。为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案—方面，本发明提供一种导航控制系统，包括导航控制装置、触发控制装置和航空遥感器；所述导航控制装置，用于在飞行器进入设计的航线作业点时，向所述触发控制装置发送工作触发指令；以及基于所述触发控制装置发送的所述航空遥感器的工作信息，记录所述航空遥感器的工作状态和工作反馈脉冲时刻；所述触发控制装置，用于将接收到的工作触发指令转换为晶体管-晶体管逻辑 TTL触发电平脉冲后，发送至所述航空遥感器；以及接收所述航空遥感器发送的工作反馈脉冲，并将所述工作反馈脉冲转换为所述导航控制装置识别的工作信息后发送至所述导航控制装置；其中，转换后的导航控制装置识别的工作信息包括将工作反馈脉冲进行格式转换后的工作反馈指令，以及将工作反馈脉冲的电平电压转换为所述导航控制装置支持的电平电压后的工作反馈脉冲。所述航空遥感器，用于接收到所述TTL触发电平脉冲后开始工作，并将工作时产生的触发反馈脉冲反馈至所述触发控制装置。
另一方面，本发明还提供一种导航控制系统实现导航控制的方法，包括步骤1，导航控制装置在飞行器进入设计的航线作业点时，输出航空遥感器工作触发指令；步骤2，触发控制装置将所述工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲，并将所述 TTL触发电平脉冲发送至航空遥感器；步骤3，航空遥感器接收到所述TTL触发电平脉冲后开始工作，并将工作时产生的工作反馈脉冲反馈至所述触发控制装置；步骤4，所述触发控制装置接收所述工作反馈脉冲，并将所述工作反馈脉冲转换为所述导航控制装置识别的工作信息后发送至所述导航控制装置；步骤5，所述导航控制装置基于所述触发控制装置发送的所述航空遥感器的工作信息记录所述航空遥感器的工作状态和工作反馈脉冲时刻。与现有技术相比，本发明有益效果如下首先，本发明通过GPS接收机、导航控制器、触发控制装置和航空遥感器组成紧耦合的导航控制系统，基于飞行计划和飞行位置自动控制遥感器作业，形成闭环控制，并显示航空遥感器作业状态；其次，本发明完成对多种遥感器触发及工作反馈脉冲的兼容，根据遥感器的触发脉冲要求，可以调整导航控制装置的触发脉冲，并能将航空遥感器的工作反馈脉冲进行稳压控制，达到兼容控制多类型遥感器的目的。
图I为本发明实施例一提供的一种导航控制系统的结构框图；图2为本发明实施例二提供的一种导航控制系统的结构框图；图3为本发明实施例三提供的一种导航控制系统实现导航控制的方法的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种导航控制系统及其实现导航控制的方法。所述导航控制系统可用控制多类型的航空遥感器作业，是一种通用型导航控制系统，其可以记录航空遥感器作业状态和航空遥感器精确的工作反馈脉冲时刻以用于作业点航后精确位置解算。实施例一如图I所示，本发明实施例提供一种导航控制系统，包括导航控制装置110、触发控制装置120和航空遥感器130 ；导航控制装置110，用于在飞行器进入设计的航线作业点时，向触发控制装置120 发送工作触发指令；以及基于触发控制装置120发送的航空遥感器130的工作信息，记录航空遥感器130的工作状态和工作反馈脉冲时刻；
所述导航控制装置110具体包括全球定位系统GPS接收机111和导航控制器 112，其中GPS接收机111，用于实时获取飞行器的位置信息，将所述位置信息发送至导航控制器；以及，接收触发控制装置120发送的工作反馈脉冲，获取并记录工作反馈脉冲时刻；导航控制器112，用于接收所述位置信息，将所述位置信息与飞行器设定的航线作业点进行比较，当判定出飞行器进入设计的航线作业点时，向所述触发控制装置120发送工作触发指令；以及，接收触发控制装置120发送的工作反馈指令，获取并记录所述航空遥感器的工作状态。具体地，上述的工作反馈脉冲是指遥感器每一次数据获取时所反馈的脉冲，该脉冲可以作为遥感器数据获取时刻的时间戳；航空遥感器的工作状态是指航空遥感器数据获取成功与否；所述工作触发指令和工作反馈指令的格式为RS232格式。本实施例中，触发控制装置120，用于将接收到的工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲后，发送至航空遥感器130 ;以及接收航空遥感器130发送的工作反馈脉冲，并将所述工作反馈脉冲转换为导航控制装置110识别的信息后发送至导航控制装置110 ；具体地，所述触发控制装置120通过如下模块单元实现第一指令转换模块121，用于将接收到的工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲， 并将所述TTL触发电平脉冲发送至航空遥感器130 ;其中，工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲包括设置触发脉冲的电平范围、触发脉冲的波形和长度等。其中，设置的各项参数的具体取值是基于航空遥感器130所支持的脉冲形式为参考的。第二指令转换模块122，用于将航空遥感器130发送的工作反馈脉冲转换为工作反馈指令，并将所述工作反馈指令发送至导航控制器112 ；TTL电平稳压模块123，用于将航空遥感器130发送的工作反馈脉冲的电平电压转换为导航控制装置Iio支持的电平电压，并将转换后的工作反馈脉冲发送至GPS接收机 111。进一步地，本实施例中，航空遥感器130，用于接收到TTL触发电平脉冲后开始工作，并将工作时产生的工作反馈脉冲反馈至触发控制装置120。实施例二本发明实施例是基于实施例一所述导航控制系统的一种具体实现方式，如图2所示，包括GPS接收机、导航控制计算机(即实施例一中所述的导航控制器)、触发控制装置和航空遥感器；本发明实施例所述系统中，各装置通过如下操作实现对工作状态以及工作反馈脉冲时刻的记录航空遥感作业时，GPS接收机获取实时的位置，提供给导航计算机，导航计算机通过导航控制软件进行导航指引，通过实时的位置比对，进入设计航线的作业点时，导航控制计算机通过串口向触发控制装置发送工作触发指令；触发控制装置解译所述工作触发指令后，将其转换为TTL电平触发脉冲发送至航空遥感器，航空遥感器接收此TTL电平触发脉冲后进行工作，工作时同时反馈工作反馈脉冲到触发控制装置，触发控制装置接收到反馈的工作反馈脉冲后，一方面将其进行电平电压转换后分发给GPS接收机，GPS接收机接收此工作反馈脉冲作为时间戳，记录此次工作的4/5页
时刻；另一方面将工作反馈脉冲转换为工作反馈指令(即对工作触发指令的反馈)通过串口发送至导航计算机，导航计算机接收后，通过导航控制软件显示航空遥感器的工作状态， 至此完成航空遥感器的闭环工作控制。其中，上述触发控制装置在将工作反馈脉冲发送至 GPS接收机之前，对工作反馈脉冲的电平电压进行转换，具体是将工作反馈脉冲的电平电压转化为GPS接收机能够支持的电平电压。因为，不同航空遥感器工作反馈脉冲电压标准不一致，一般为3-6V TTL电平，而GPS接收机能够接收的工作反馈脉冲电平为固定的，如3. 3V TTL电平，为此在触发控制装置中增加TTL电平稳压模块，通过TTL电平稳压模块进行电平电压转换，实现将工作反馈脉冲变换为3. 3V TTL电平。进一步地，本实施例中，所述触发控制装置优选地采用两个51单片机分别实现对导航计算机发送消息的处理和对航空遥感器发送消息的处理。具体地，触发控制装置通过一个51单片机负责工作触发指令的接收和指令到脉冲电平的转换，通过另一个51单片机负责工作反馈脉冲的接收和脉冲到指令的转换。这样就避免了触发和工作反馈脉冲冲突时生成不了工作反馈指令的问题，如当触发脉冲仍在发送时，此时工作反馈脉冲已经返回，这样则导致触发控制装置监测不到工作反馈脉冲。进一步地，本实施例中，导航控制计算机，在发送工作触发脉冲的同时，优选地，通过通讯链路向航空遥感器发送相关导航信息(如实时的导航位置信息、速高比等)，并获取航空遥感器反馈的相关作业状态信息。航空遥感器在接收到导航信息后，根据当前导航位置信息以及速高比等导航信息实时调整自身的工作参数，并将调整后的工作参数、遥感器总内存、目前剩余内存等相关作业状态信息发送至导航计算机。其中，根据导航信息调整工作参数是指假设本发明中航空遥感器为面阵相机类遥感器，航空遥感器接收到导航信息后，根据飞行器当前的速高比调整例如曝光时间、像移补偿速度等工作参数。进一步地，本发明实施例中，导航计算机优选地采用高性能低功耗工业计算机主板和处理器，GPS接收机优选地采用天宝高精度BD970主板。综上所述，本发明实施例中，触发控制装置采用两个51单片机分别用于指令和脉冲的发送及接收，并可设置触发脉冲的电平范围(例如0 3V，0 5V或者O 6V)、触发脉冲的波形和长度等，实现了对指令和脉冲的转换；以及，采用TTL电平稳压控制模块，将不同类航空遥感器工作反馈脉冲转换为GPS接收机可以兼容的电压范围之内。导航计算机系统通过接收的工作反馈指令和航空遥感器的通讯信息，形成触发和反馈的闭环控制，并实时显示遥感器的工作状态。实施例三如图3所示，本发明实施例提供一种导航控制系统实现导航控制的方法，包括以下步骤步骤S301，导航控制装置在飞行器进入设计的航线作业点时，输出航空遥感器工作触发指令；步骤S302，触发控制装置将所述工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲，并将所述TTL触发电平脉冲发送至航空遥感器；步骤S303，航空遥感器接收到所述TTL触发电平脉冲后开始工作，并将工作时产生的工作反馈脉冲反馈至所述触发控制装置；
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步骤S304，触发控制装置接收所述工作反馈脉冲，并将所述工作反馈脉冲转换为所述导航控制装置识别的工作信息后发送至所述导航控制装置；该步骤具体为触发控制装置将所述工作反馈脉冲转换为工作反馈指令，以及将所述工作反馈脉冲的电平电压转换为所述导航控制装置支持的电平电压后，将所述工作反馈指令和转换后的工作反馈脉冲发送至所述导航控制装置。其中，所述工作触发指令和工作反馈指令的格式为RS232格式。步骤S305，导航控制装置基于所述触发控制装置发送的航空遥感器的工作信息， 记录所述航空遥感器的工作状态和工作反馈脉冲时刻。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种导航控制系统，其特征在于，包括导航控制装置、触发控制装置和航空遥感器；所述导航控制装置，用于在飞行器进入设计的航线作业点时，向所述触发控制装置发送工作触发指令；以及基于所述触发控制装置发送的所述航空遥感器的工作信息，记录所述航空遥感器的工作状态和工作反馈脉冲时刻；所述触发控制装置，用于将接收到的工作触发指令转换为晶体管-晶体管逻辑TTL触发电平脉冲后，发送至所述航空遥感器；以及接收所述航空遥感器发送的工作反馈脉冲，并将所述工作反馈脉冲转换为所述导航控制装置识别的工作信息后发送至所述导航控制装置；所述航空遥感器，用于接收到所述TTL触发电平脉冲后开始工作，并将工作时产生的工作反馈脉冲发送至所述触发控制装置。
2.如权利要求I所述的导航控制系统，其特征在于，所述触发控制装置具体包括第一指令转换模块，用于将接收到的工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲，并将所述TTL触发电平脉冲发送至所述航空遥感器；第二指令转换模块，用于将所述航空遥感器发送的工作反馈脉冲转换为工作反馈指令，并将所述工作反馈指令发送至所述导航控制装置；TTL电平稳压模块，用于将所述航空遥感器发送的工作反馈脉冲的电平电压转换为所述导航控制装置支持的电平电压，并将转换后的工作反馈脉冲发送至所述导航控制装置。
3.如权利要求2所述的导航控制系统，其特征在于，所述导航控制装置具体包括 全球定位系统GPS接收机，用于实时获取飞行器的位置信息，将所述位置信息发送至导航控制器；以及，接收所述TTL电平稳压模块发送的工作反馈脉冲，获取并记录工作反馈脉冲时刻；导航控制器，用于接收所述位置信息，将所述位置信息与飞行器设定的航线作业点进行比较，当判定出飞行器进入设计的航线作业点时，向所述触发控制装置发送工作触发指令；以及，接收所述第二指令转换模块发送的工作反馈指令，获取并记录所述航空遥感器的工作状态。
4.如权利要求3所述的导航控制系统，其特征在于，所述工作触发指令和工作反馈指令的格式为RS232格式；所述第一指令转换模块和第二指令转换模块为单片机。
5.如权利要求I或2或3或4所述的导航控制系统，其特征在于，所述导航控制装置，还用于在发送工作触发指令后，定时或者实时的向所述航空遥感器发送导航信息，并接收所述航空遥感器发送的作业状态信息；所述航空遥感器，还用于在接收到所述导航信息后，根据所述导航信息调整工作参数， 并将当前作业状态信息发送至所述导航控制装置；其中，所述作业状态信息包括航空遥感器在工作时所采用的工作参数。
6.一种导航控制系统实现导航控制的方法，其特征在于，包括步骤1，导航控制装置在飞行器进入设计的航线作业点时，输出航空遥感器工作触发指令；步骤2，触发控制装置将所述工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲，并将所述TTL触发电平脉冲发送至航空遥感器；步骤3，航空遥感器接收到所述TTL触发电平脉冲后开始工作，并将工作时产生的工作反馈脉冲发送至所述触发控制装置；步骤4，所述触发控制装置接收所述工作反馈脉冲，并将所述工作反馈脉冲转换为所述导航控制装置识别的工作信息后发送至所述导航控制装置；步骤5，所述导航控制装置基于所述触发控制装置发送的所述航空遥感器的工作信息， 记录所述航空遥感器的工作状态和工作反馈脉冲时刻。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括所述触发控制装置将所述工作反馈脉冲转换为工作反馈指令，以及将所述工作反馈脉冲的电平电压转换为所述导航控制装置支持的电平电压后，将所述工作反馈指令和转换后的工作反馈脉冲发送至所述导航控制装置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述工作触发指令和工作反馈指令的格式为RS232格式。
全文摘要
本发明公开了一种导航控制系统及其实现导航控制的方法，所述导航控制系统包括导航控制装置，用于在飞行器进入设计的航线作业点时，向触发控制装置发送工作触发指令，并基于触发控制装置反馈的工作信息记录航空遥感器的工作状态和工作反馈脉冲时刻；触发控制装置，用于将接收到的工作触发指令转换为TTL触发电平脉冲后，发送至航空遥感器；以及接收航空遥感器发送的工作反馈脉冲，并将工作反馈脉冲转换为导航控制装置识别的信息后发送至导航控制装置；航空遥感器，用于接收到TTL触发电平脉冲后开始工作，并将产生的工作反馈脉冲发送至触发控制装置。本发明可以记录航空遥感器工作状态和精确的工作时刻，为作业点航后精确位置解算提供支持。
文档编号G05D1/10GK102591356SQ20121006560
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者左正立, 张兵, 王尔和, 赵海涛, 陈正超, 黎东 申请人:中国科学院对地观测与数字地球科学中心