靶机目标特性测量***
技术领域
本发明涉及一种无人飞行器参数测量领域,特别是一种靶机目标特性测量***。
背景技术
当前,随着科技水平的不断提高,无人机的应用越来越广泛。无人机凭借其良好的机动性和隐蔽性正在成为现代高科技战争中不可缺少的武器,已经被越来越多地装备到各国军队,无人机在进行军事上的侦察、执行作战任务或在通信、气象监测、灾害监测、地质勘察中可以降低劳动强度、减少人员伤亡,同时,无人机在测绘、航拍、搜寻等民用领域的应用也不断扩大。
无人机的基本飞行参数包括姿态参数、空间位置参数等,这些参数是无人机自动或自主性控制的前提和基础,是研究无人机飞行状态和性能的重要指标,对研究无人机平稳运行和事故分析具有非常重要的意义,此外,无人机在搜寻或施救任务中,其对目标物所处环境、目标物具***置的准确判定也是至关重要的,目标物所处环境、目标物具***置等信息是搜寻和施救的前提,其关系到对救灾物资的准确投放等问题。当前,现有的无人机的飞行参数大多基于GPS的方法获取,例如现有专利公开号为CN104615145A公开的无人机、无人机控制***及控制方法,其通过GPS模块和摄像模块获取飞行器参数,GPS是全球卫星定位***的简称,GPS方法具有全天候、实时性好、覆盖范围广等特点,可以提供三维速度、三维位置和时间共七维信息,它的这一特点由于其他的导航***,从而使它获得了广泛的应用,但是GPS或其他卫星定位***定位精度不高,因此,其不能作为无人飞行器参数获取的主要方式,尤其是靶机,其飞行的环境较为恶劣,在无法获取GPS或类似信号的情况下,例如风场、涵道、山谷、气候恶劣的高山上等,这种测试飞行器参数的方法更是完全不适用,即使可以使用,测量误差也比较大,飞行轨迹偏移严重,飞行参数无法实时调整,从而导致靶机失控,所以现有的定位和参数测量方法均具有局限性,实用性不足。
发明内容
为了解决现有技术通常使用GPS定位方法获得靶机飞行参数中存在的***定位精度不高,飞行参数测量不准确,因此该定位方法不能作为无人飞行器参数获取的主要方式,此外,靶机飞行的环境较为恶劣,例如涵道、山谷、气候恶劣的高山上等,在这些区域内,无法获取GPS或类似信号,所以这种测试飞行器参数的方法更是完全不适用,同时,在飞行参数测量不准确的情况下,靶机飞行姿态也无法精确控制等问题,本发明提供一种靶机目标特性测量***,该测量***不仅能够实时精确获取靶机的飞行参数,而且可以根据飞行参数精确控制靶机的飞行姿态,从而完成地面服务器的飞行任务。
本发明的具体技术方案如下:
本发明提供了一种靶机目标特性测量***,该***包括机载飞控装置、飞行参数测量装置、地面收发控制平台,所述飞行参数测量装置与所述机载飞控装置连接,所述机载飞控装置与所述地面收发控制平台通信连接,其中,
所述机载飞控装置包括自驾仪控制器、信号分配器、油门舵机和舵面舵机,所述信号分配器与所述自驾仪控制器连接,所述油门舵机和所述舵面舵机均与所述所述信号分配器连接;所述信号分配器用于实现所述自驾仪控制器发送控制信号的中转和再分配,并为所述油门舵机和所述舵面舵机提供电源;所述油门舵机通过所述信号分配器获取所述自驾仪控制器的控制信号,所述油门舵机安装在靶机的发动机油路上,并通过控制所述发动机进油量实现对所述发动机转速的控制,所述舵面舵机通过所述信号分配器获取所述自驾仪控制器的控制信号,并用于控制飞行器的飞行姿态;
所述飞行参数测量装置包括处理器、数字磁罗盘、激光测距装置、惯性传感器,所述数字磁罗盘、所述激光测距装置、所述惯性传感器均与所述处理器连接,所述数字磁罗盘、所述激光测距装置、所述惯性传感器分别测量靶机方位角、俯仰角、飞行高度并传输至所述处理器,测量出的方位角、俯仰角、飞行高度均为靶机的真实飞行参数,所述处理器将真实飞行参数分别传输至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器根据靶机的真实飞行参数计算出靶机的实时坐标并传输至所述地面收发控制平台;
所述地面收发控制平台包括数据存储模块、数据处理模块、设定飞行模块、轨迹偏移校对模块、参数校对模块和报警模块,所述数据存储模块、所述设定飞行模块、所述轨迹偏移校对模块、所述参数校对模块和所述报警模块均与所述数据处理模块连接;所述地面收发控制平台通过所述设定飞行模块设定靶机的标准飞行轨迹和标准飞行参数,所述地面收发控制平台接收所述自驾仪控制器发送的真实飞行参数及实时坐标并存储在所述数据存储模块内,所述数据处理模块将接收到的真实飞行参数和实时坐标处理形成真实飞行轨迹和真实飞行参数数据表;所述轨迹偏移校对模块用于检测真实飞行轨迹与标准飞行轨迹的误差,误差超过设定阈值,则通过所述报警模块进行报警,所述参数校对模块用于检测真实飞行参数与标准飞行参数的误差,误差超过设定阈值,则通过所述报警模块进行报警。
进一步的,所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪。
进一步的,所述飞行参数测量装置还包括辅助测量模块,所述辅助测量模块包括GPS定位模块、图像拍摄模块、超声波高度测量单元和飞行速度检测单元;所述GPS定位模块用于为靶机提供导航;所述图像拍摄模块用于拍摄靶机所处环境的照片;所述超声波高度测量单元使用固定的频率检测靶机的高度值;所述飞行速度检测单元利用光流场的速度判断靶机的飞行速度。
进一步的,该***还包括震动幅度传感器,所述震动幅度传感器与所述自驾仪控制器连接,所述震动幅度传感器用于检测靶机在飞行过程中震动参数并将震动参数传输至所述自驾仪控制器。
进一步的,该测量***还包括设置在靶机上的风场测量单元,所述风场测量单元包括水平地速测量模块、水平空速测量模块、风场雷达测量模块、信号放大处理模块和数据计算模块,所述水平地速测量模块、所述水平空速测量模块、所述风场雷达测量模块的输出端均与所述信号放大处理模块的输入端连接,所述信号放大处理模块的输出端与所述数据计算模块的输入端连接;所述数据计算模块根据所述水平地速测量模块和所述水平空速测量模块测量的数据计算出风场的风速,所述数据计算模块根据所述风场雷达测量模块测量的数据计算出风场的位置和大小;所述数据计算模块将计算得到的风场风速、位置和大小传输至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器用于控制靶机在进入风场范围内时启动所述油门舵机和所述舵面舵机。
进一步的,所述地面收发控制平台还包括任务设定模块,所述任务设定模块将所述设定飞行模块设定的标准飞行轨迹和标准飞行参数的指令装帧后发送至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器将参数指令解帧后,利用接收的标准飞行轨迹和标准飞行参数更新所述自驾仪控制器内的参数,所述舵面舵机根据更新后的参数调整靶机飞行姿态。
进一步的,该测量***还包括环境参数检测装置,所述环境参数检测装置包括气象参数检测仪和有毒气体检测仪,所述气象参数检测仪用于检测靶机所处环境的气象信息并将该气象信息发送至所述自驾仪控制器,所述有毒气体检测仪用于检测靶机所述环境的气体成分及含量并将检测数据发送至所述自驾仪控制器,所述舵面舵机根据检测数据调整靶机飞行姿态。
进一步的,所述气象参数检测仪包括用于检测靶机所处外界环境温度的温度传感器、用于检测靶机所处外界环境湿度的湿度传感器和用于检测靶机所处压力的压力传感器。
优选的,有毒气体检测仪包括能够检测有害气体的气体检测传感器和用于接收所述气体检测传感器的检测数据并实现报警功能的有毒气体报警器,所述有害气体为CO、H2S、SO2、NO2、NO、HCN、NH3、O3、HCN、Cl2、HBr中的一种或几种混合。
优选的,所述地面收发控制平台还包括显示屏,所述显示屏用于显示靶机飞行轨迹图和靶机实时飞行参数。
本发明的有益效果如下:本发明提供的靶机目标特性测量***通过机载飞控装置、飞行参数测量装置和地面收发控制平台不仅可以实现了实时测量靶机的真实飞行参数,而且可以对真实飞行参数进行校对和调整,实现了实时精确测量靶机的方位角、俯仰角和飞行高度等真实飞行参数,通过真实飞行参数可确定所述靶机的准确位置,有效监控靶机的飞行姿态,提高了靶机飞行的安全性。
附图说明
图1为实施例1所述的靶机目标特性测量***的结构示意图;
图2为实施例1所述的机载飞控装置的结构框图;
图3为实施例1所述的飞行参数测量装置的结构框图;
图4为实施例1所述的地面收发控制平台的结构框图;
图5为实施例2所述的飞行参数测量装置的结构框图;
图6为实施例2所述的靶机目标特性测量***的结构示意图;
图7为实施例3所述的风场测量单元的结构框图;
图8为实施例4所述的地面收发控制平台的结构框图;
图9为实施例5所述的环境参数检测装置的结构框图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,本发明实施例提供的一种靶机目标特性测量***,该***包括机载飞控装置、飞行参数测量装置、地面收发控制平台,所述飞行参数测量装置分别与所述机载飞控装置连接,该连接关系可实现信号和数据通讯,所述机载飞控装置与所述地面收发控制平台通信连接,通信连接即通过通讯装置连接,所述通讯装置为机械通讯设备,其包括无线接收和无线发送两个结构,所述机载飞控装置接收地面收发控制平台发送的任务,同时将靶机的真实飞行参数无线发送给地面收发控制平台,相同的,地面通信设备也有无线接收和无线发送两个结构,地面收发控制平台接收机载飞控装置发送的靶机真实飞行参数和靶机的实时坐标,同时地面收发控制平台向机载飞控装置发送任务的指令。
如图2-4所示,本技术方案中进一步的限定了所述机载飞控装置、飞行参数测量装置及地面收发控制平台的结构特征,并描述了结构所实现的效果和解决的技术问题,具体如下:
如图2所示,所述机载飞控装置包括自驾仪控制器、信号分配器、油门舵机和舵面舵机,所述信号分配器与所述自驾仪控制器连接,所述油门舵机和所述舵面舵机均与所述所述信号分配器连接;自驾仪控制器用于与所述地面收发控制平台信号连接,其用于接收指令同时用于数据传输;所述信号分配器用于实现所述自驾仪控制器发送控制信号的中转和再分配,并为所述油门舵机和所述舵面舵机提供电源;所述油门舵机通过所述信号分配器获取所述自驾仪控制器的控制信号,所述油门舵机安装在靶机的发动机油路上,并通过控制所述发动机进油量实现对所述发动机转速的控制,所述舵面舵机通过所述信号分配器获取所述自驾仪控制器的控制信号,并用于控制飞行器的飞行姿态;该结构设计有效控制靶机的飞行状态和飞行姿态,有效提高了靶机飞行状态中的安全系数,提高了靶机的智能化操作效果,使用模块化设计,不仅体积小,而且可靠性高,便于操控。
如图3所示,所述飞行参数测量装置包括处理器、数字磁罗盘、激光测距装置、惯性传感器,所述数字磁罗盘、所述激光测距装置、所述惯性传感器均与所述处理器连接,所述数字磁罗盘、所述激光测距装置、所述惯性传感器分别测量靶机方位角、俯仰角、飞行高度并传输至所述处理器,测量出的所述靶机方位角、俯仰角、飞行高度均为靶机的真实飞行参数,所述处理器将真实飞行参数分别传输至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器根据靶机的真实飞行参数计算出靶机的实时坐标并传输至所述地面收发控制平台;该飞行参数测量装置不仅可以实现参数测量,而且可以将参数测量传输至所述自驾仪控制器,该测量装置通过数字磁罗盘、激光测距装置、惯性传感器测量出靶机的方位角、俯仰角、飞行高度等真实飞行参数,该测量装置是一种航位推算***,在初始对准之后,能够完全自主地提供持续、完备的导航信息,由于数字磁罗盘、激光测距装置、惯性传感器的自主性强,可以不依赖任何外界***的支持,提供的导航参数齐全,数据率高,使用条件宽,可以全天候、全球导航,并且能够抗磁场、电场和核辐射的干扰,此外该***体积小,重量轻,比较适用于无人驾驶的靶机,所以该测量装置可以有效克服现有技术中使用GPS定位方法获得靶机飞行参数中存在的***定位精度不高,飞行参数测量不准确等问题,该测量装置有效适用于靶机,提高了测量靶机飞行参数的准确性,具有重要的实用价值。
如图4所示,所述地面收发控制平台包括数据存储模块、数据处理模块、设定飞行模块、轨迹偏移校对模块、参数校对模块和报警模块,所述数据存储模块、所述设定飞行模块、所述轨迹偏移校对模块、所述参数校对模块和报警模块均与所述数据处理模块连接;所述地面收发控制平台通过设定飞行模块设定靶机的标准飞行轨迹和标准飞行参数,所述地面收发控制平台接收所述自驾仪控制器发送的真实飞行参数及实时坐标并存储在数据存储模块内,所述数据处理模块将接收到的真实飞行参数和实时坐标处理形成真实飞行轨迹和真实飞行参数数据表;所述轨迹偏移校对模块用于检测真实飞行轨迹与标准飞行轨迹的误差,误差超过设定阈值,则通过所述报警模块进行报警,所述参数校对模块用于检测真实飞行参数与标准飞行参数的误差,误差超过设定阈值,则通过所述报警模块进行报警。本技术方案中提供的地面收发控制平台通过其内部的设定飞行模块设定靶机的标准飞行轨迹和标准飞行参数,并将标准飞行轨迹和标准飞行参数保存在数据存储模块中,当地面收发控制平台接收所述机载飞控装置发送的真实飞行参数后,所述数据处理模块将真实的飞行参数和实时坐标进行数字化处理,形成真实飞行轨迹和真实飞行参数数据表,此时,轨迹偏移校对模块将真实飞行轨迹与标准飞行轨迹进行校对,当误差超过设定阈值,则通过报警模块报警,从而提醒地面收发平台此时靶机存在严重轨迹偏移,应进行实时调整,否则容易出现失控,同理,当真实飞行参数与所述标准飞行参数存在较大误差时,同样进行报警,该结构的设计使地面收发平台为靶机提供了全方位的监控,有效提高了靶机飞行的安全系数和飞行标准度,实用性强。
本技术方案中提供的靶机目标特性测量***在具体使用时操作如下:靶机目标特性测量***通过机载飞控装置接收飞行参数测量装置的真实飞行参数,同时机载飞控装置将接收到的真实飞行参数进行处理形成靶机的实时坐标并传输至所述地面收发控制平台,所述地面收发控制平台接收真实飞行参数和靶机的实时坐标,同时对真实飞行参数和靶机的实时坐标进行处理形成靶机的真实飞行轨迹,并将该真实飞行轨迹与所述地面收发控制平台设定的标准飞行轨迹进行对比,判断误差,若误差较大则进行报警,并向所述机载飞控装置发送飞行参数调整指令,从而使机载飞控装置调整飞行状态和飞行姿态,进而保证了靶机的正常行驶,本发明提供的测量***不仅用于测量靶机的实时参数,而且可以对实时参数进行有效调整,提高了靶机飞行的安全系数,提高了实用性。
实施例2
本实施例2提供了一种靶机目标特性测量***,该实施例2在实施例1的基础上进一步限定了所述惯性传感器、所述飞行参数测量装置及震动幅度传感器,通过对上述结构的限定,提高了靶机目标特性测量的准确性。
需要说明的是,所述惯性传感器包括加速度计和陀螺仪。所述惯性传感器为MEMS惯性传感器。该惯性传感器是导航定位、测姿、定向和运动载体控制的重要部件,惯性传感器主要包括陀螺仪和加速度计。惯性传感器具有成本低、可靠性高、体积小、重量轻、抗冲击性能强、易集成、能大批量生产、耗电量小、寿命长等特点,具有实用性。惯性传感器利用陀螺仪测量靶机的角速度和角位置,利用加速度计测量靶机的线加速度,通过积分计算出飞机的飞行高度、飞行位移等信息,是一种航位推算***,能够完全自主地提供持续、完备的导航信息。
如图5所示,为了进一步提高对靶机飞行参数测量的准确性,本技术方案中限定了所述飞行参数测量装置还包括辅助测量模块,所述辅助测量模块包括GPS定位模块、图像拍摄模块、超声波高度测量单元和飞行速度检测单元;所述GPS定位模块用于为靶机提供导航;所述图像拍摄模块用于拍摄靶机所处环境的照片;所述超声波高度测量单元使用固定的频率检测靶机的高度值;所述飞行速度检测单元利用光流场的速度判断靶机的飞行速度。此外,本发明为了克服仅使用惯性测量***存在的零点偏移而造成的误差,本发明同时使用了辅助测量模块,有效提高了靶机飞行参数的测试准确性和测量精度,该测量***克服了现有技术中仅使用GPS定位方法获得飞行器飞行参数存在的***定位精度不高,不能作为无人飞行器参数获取的主要方式,尤其是靶机,其飞行的环境较为恶劣,在无法获取GPS或类似信号的情况下,例如涵道、山谷、气候恶劣的高山上等,这种测试飞行器参数的方法更是完全不适用等缺陷。
如图6所示,需要强调的是,在目标参数测量过程中,往往存在靶机的震动,当震动过程中测量靶机飞行参数,则均存在误差,该误差的存在有可能影响靶机真实飞行参数与标准飞行参数之间的误差,因此本技术方案中,进一步限定了该***还包括震动幅度传感器,所述震动幅度传感器与所述自驾仪控制器连接,所述震动幅度传感器用于检测靶机在飞行过程中震动参数并将震动参数传输至所述自驾仪控制器。自驾仪控制器接收到震动参数后将其传输至地面收发控制平台,地面收发控制平台在测量时需将该震动参数舍去从而减小测量误差,提高参数测量的准确性,以防错误调整靶机,提高了安全系数。
实施例3
本实施例3提供了一种靶机目标特性测量***,该实施例3在实施例1的基础上进一步限定了所述测量***,该测量***进一步引进了风场测量单元,通过对风场测量单元的限定,保证了靶机在飞行中遇到风场时可以安全飞行。
如图7所示,为了使靶机在遇到风场时可以安全行驶,本技术方案中进一步限定了该测量***还包括设置在靶机上的风场测量单元,所述风场测量单元包括水平地速测量模块、水平空速测量模块、风场雷达测量模块、信号放大处理模块和数据计算模块,所述水平地速测量模块、所述水平空速测量模块、所述风场雷达测量模块的输出端均与所述信号放大处理模块的输入端连接,所述信号放大处理模块的输出端与所述数据计算模块的输入端连接;上述连接关系均可以实现数据传输和指令控制,所述数据计算模块根据所述水平地速测量模块和所述水平空速测量模块测量的数据计算出风场的风速,所述数据计算模块根据所述风场雷达测量模块测量的数据计算出风场的位置和大小;所述数据计算模块将计算得到的风场风速、位置和大小传输至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器用于控制靶机在进入风场范围内时启动所述油门舵机和所述舵面舵机。风场测量单元内的水平地速测量模块可以用于测量靶机的水平地速,所述水平空速测量单元可以用于测量靶机空中的速度,所述数据计算模块通过所述信号放大处理模块接收水平地速和空速并计算出风场的风速,同时,风场雷达测量模块可以测量出风场的确切位置和大小,所述数据计算模块将计算得到的风场风速、位置和大小传输至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器根据风场风速有效控制所述油门舵机和所述舵面舵机的开启,进而实现了所述自驾仪控制器对所述发动机的进油量和飞行姿态的控制,从而实现对所述发动机转速的控制,保证了靶机在遇到风场时可以调整靶机的飞行姿态,提高了靶机飞行的安全性。
实施例4
本实施例4提供了一种靶机目标特性测量***,该实施例4在实施例1的基础上进一步限定了所述地面收发控制平台,地面收发控制平台进一步引进了任务设定模块,通过该设计可以实现实时调整靶机的飞行参数,从而调整靶机的飞行姿态,提高了靶机的飞行安全性。
如图8所示,本技术方案中,为了根据外界环境的影响进一步的调整靶机飞行参数,从而确保靶机可以在较恶劣的环境中飞行,本技术方案中进一步的限定了,所述地面收发控制平台还包括任务设定模块,所述任务设定模块将所述设定飞行模块设定的标准飞行轨迹和标准飞行参数的指令装帧后发送至所述自驾仪控制器,所述自驾仪控制器将参数指令解帧后,利用接收的标准飞行轨迹和标准飞行参数更新所述自驾仪控制器内的参数,所述舵面舵机根据更新后的参数调整靶机飞行姿态。所述任务设定模块可以及时调整靶机的飞行参数,调整靶机的飞行轨迹,从而使靶机适应外界飞行环境,保证了靶机的安全驾驶,该任务设定模块不仅可以用于传输飞行参数,还可以通过调整靶机参数完成所述地面收发控制平台发送的任务指令,使靶机更好的完成任务,该该技术方案中提供的参数调整功能无需靶机频繁起降、拆机和硬件改动,而在飞行过程中即可对靶机飞行参数进行调整,从而调整靶机的飞行姿态,该操作具有方便、快捷和安全的优点。在实际应用时,为了增强抗干扰能力,还可以在地面收发控制平台对调整飞行参数进行加密装帧,自驾仪控制器接收到信号后进行加密解帧,从而避免干扰和误操作的出现。
为了提高地面收发控制平台对靶机的实时监控,本技术方案中优选的描述了所述地面收发控制平台还包括显示屏,所述显示屏用于显示靶机飞行轨迹图和靶机实时飞行参数,通过显示屏可以更加方便的观测靶机的飞行轨迹,保证了靶机的安全行驶,实用性强。
实施例5
本实施例5提供了一种靶机目标特性测量***,该实施例5在实施例1的基础上进一步限定了所述测量***,该测量***进一步引进了环境参数检测装置,通过该装置可以检测靶机所处位置的环境,当外界环境较为恶劣时,需进行飞行参数调整,保证了靶机飞行的安全性。
如图9所示,为了使靶机适应较为恶劣的外界环境,提高靶机飞行的安全性能,本技术方案中进一步限定了该测量***还包括环境参数检测装置,所述环境参数检测装置包括气象参数检测仪和有毒气体检测仪,所述气象参数检测仪用于检测靶机所处环境的气象信息并将该气象信息发送至所述自驾仪控制器,所述有毒气体检测仪用于检测靶机所述环境的气体成分及含量并将检测数据发送至所述自驾仪控制器,所述舵面舵机根据检测数据调整靶机飞行姿态。在靶机上安装气象参数检测仪可以用于检测环境的气象参数,便于地面收发控制平台可以有效控制靶机的飞行状态和飞行姿态,同时为了适应外界环境,可以实时调整靶机的飞行姿态,保证了靶机飞行的安全系数,此外,可以根据气象参数做出靶机的应急任务等,防止恶劣环境对靶机的飞行造成影响,靶机上的有毒气体检测仪可用于环境勘测,有效做到的气体检测,该中靶机可用于执行特殊任务,实现了靶机的多功能性,同时便于地面掌控靶机飞行所处环境的湿度和压力状态,该测量***内结构设计合理,各装置操作不受到外界环境的影响,为靶机飞行提供了安全的飞行环境,便于执行任务。
为了提高对外界环境监测的准确性和监测速度,本技术方案中进一步的限定了所述气象参数检测仪包括用于检测靶机所处外界环境温度的温度传感器、用于检测靶机所处外界环境湿度的湿度传感器和用于检测靶机所处压力的压力传感器。优选的,有毒气体检测仪包括能够检测有害气体的气体检测传感器和用于接收所述气体检测传感器的检测数据并实现报警功能的有毒气体报警器,所述有害气体为CO、H2S、SO2、NO2、NO、HCN、NH3、O3、HCN、Cl2、HBr中的一种或几种混合。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。