CN107132851B - 一种无人机飞行导航控制*** - Google Patents
一种无人机飞行导航控制*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明方案涉及无人机飞行导航控制***，包括：姿态航向传感模块，获取无人机飞行信息；主控模块及存储模块用于存储及处理获取的信息并发送指令，大气数据传感模块，用于实时监测无人机飞行过程中的大气环境信息并将信息传输主控模块；电源模块用于***供电，PWM调理模块根据所述姿态航向传感模块检测的飞行器机器本身信息，以实现无人机飞行器的正常飞行。该***具备功耗低、集成度高等特点，可以实现无人机飞行器飞行过程中的机器自身及其飞行信息，使得续航能力相对提高，大大提高了数据精度。
Description
技术领域
本发明属于无人机飞行控制技术领域，特别涉及一种无人机飞行导航控制***。
背景技术
随着信息及通讯技术的发展，无人机飞行器在国防、农业、航拍乃至物流等领域均得到了广泛应用，控制和导航***作为无人机飞行器飞行的内部的核心部分，对地面站***装订的目标点位置信息、航路信息完成数据初始化与数据装订，它具备着开机自检、目标位置和航路装订、定高、定速、定爬、数据存储、故障诊断等功能同时具备温度冲击、湿热、霉菌、盐雾、振动等环境试验要求。故对于控制导航***要求很高，而当下无人机该***模块化比较分散，集成度不高，从而重量相对稍重，对电池的消耗也大，削弱了无人机续航能力；同时不能及时掌握无人机飞行器飞行过程中的详细信息，并且市场中普通的无人机对数据的精度处理并不是特别高。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了无人机飞行导航控制***该***，该***集成化程度高，具备功耗低的特点，结合多传感信息处理技术可以实现无人机飞行器飞行过程中的机器自身及其飞行信息，使得续航能力相对提高，大大提高了数据精度。
一种无人机飞行导航控制***，包括：
姿态航向传感模块，用以获取无人机飞行过程中的机器本身信息；
主控模块，用以获取姿态航向传感模块获取的无人机飞行过程中的机器本身的信息，并进行判断后发送控制指令；
大气数据传感模块，用于实时监测无人机飞行过程中的大气环境信息，并将信息传输主控模块；
存储模块，用以存储无人机飞行过程的机器本身信息及大气环境信息；
电源模块，与主控模块连接，为所述无人机飞行导航控制***提供电能；
PWM调理模块；与所述主控模块连接，并根据所述姿态航向传感模块检测的飞行器机器本身信息，及大气数据传感模块检测的无人机飞行过程中的大气环境信息，接收主控模块的发送的控制指令，实时调整无人机飞行的动力电机、方向舵、升降轮及副翼的动作，以实现无人机飞行器的正常飞行。
进一步的方案，所述姿态航向传感模块包括：
三轴加速度计，用以检测无人机飞行器的三维加速度速度运行信号；
三轴陀螺仪，用以实时检测无人机飞行器的运行方位；
三轴磁阻传感器，用以感应所述无人飞行器飞行过程中因受到磁干扰信号引起的机身角度的变化。
进一步的方案，所述大气数据传感模块包括用于检测无人机飞行器所在飞行高度的大气压力传感器，以检测无人机飞行器飞行位置的大气压力信息，进而实现所述无人机飞行器飞行高度的判断。
进一步的方案，本***还包括用于获取无人机飞行器的位置信息的GPS模块，所述GPS模块用以检测无人机飞行器飞行过程的偏航角与俯仰角度信息，并传输主控模块，所述主控模块根据检测的信息发送控制指令实时调整无人机飞行器飞行参数，使其接近预设航线。
进一步的方案，本***还包括与主控模块连接的串口转换模块，所述主控模块与所述串口转换模块与云台进行数据交互传输。
进一步的方案，本***还包括与主控模块连接的I/O调理模块，所述无人机出现故障时，通过I/O调理模块控制无人机启动应急处理装置。
进一步的方案，本***所述电源模块包括对直流电池电源进行转化的DC-DC电源芯片，及滤波电路，所述DC-DC电源芯片将所述直流电源电压转化为5V直流电源与3.3V直流电源，并经过所述滤波电路后分别与所述主控模块及PWM调理模块连接供电。
进一步的方案，所述主控模块包括主控芯片，所述主控芯片的型号为ST32F407芯片。
进一步的方案，所述姿态航向传感模块、存储模块、大气数据传感模块、电源模块、PWM调理模块分别与主控模块电连接，且设置在同一块电路板上。
进一步的方案，所述电源模块与外接电源连接，所述外接电源为干电池。
本发明方案的有益效果体现在：
1、一种无人机飞行导航控制***，包括：
姿态航向传感模块，主控模块，存储模块，大气数据传感模块，电源模块，PWM调理模块；各模块相互协调不仅实现了对于飞行器本身信息的实时测量反馈，采用多传感器融合技术，还可以实现无人机飞行器飞行信息及环境信息的测量，使得飞行器飞行信息更加准确，使得续航能力相对提高，大大提高了数据精度。
2、本***与现有技术相比，各模块设置在同一块电路板上。控制与导航***集成度高，将各个传感器集成在一个小模块上，大大缩小了体积，同时也集成了各个传感器的性能，使得该***精度有所提高，功耗降低，重量轻，提高续航能力。
3、对于无人机飞行器信息的实时测量采用三轴加速度计，用以检测无人机飞行器的三维加速度速度运行信号；三轴陀螺仪，用以实时检测无人机飞行器的运行方位；三轴磁阻传感器，用以感应所述无人飞行器飞行过程中因受到磁干扰信号引起的机身角度的变化。这些传感器均具有精度高，体积小的特点，进而实现了控制***或者具有控制***的控制板小型化，提高集成度，从而降低重量，降低电池的消耗增强了无人机续航能力。
4、同时本方案设有GPS定位及故障紧急处理模块可以实现无人机飞行的位置定位及故障处理，增强防御能力。
附图说明
图1为本发明***组成框图；
图2为本发明***控制板尺寸图；
图3为本发明***控制模块图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图3所示，一种无人机飞行导航控制***，包括：姿态航向传感模块20，用以获取无人机飞行过程中的机器本身信息；所述姿态航向传感模块20包括：三轴加速度计201，用以检测无人机飞行器的三维加速度速度运行信号；三轴陀螺仪202，用以实时检测无人机飞行器的运行方位；三轴磁阻传感器203，用以感应所述无人飞行器飞行过程中因受到磁干扰信号引起的机身角度的变化；以及气压计204。姿态航向传感模块20是用来获取偏航角、滚转角、俯仰角信息，为了克服测量过程中存在温漂等因素的影响，当个传感器测的姿态信息并不准确，因此要将三轴加速度计201、三轴陀螺仪202，三轴磁阻传感器203，以及下述的GPS模块90结合起来获取相关数据。
主控模块10，用以获取姿态航向传感模块20获取的无人机飞行过程中的机器本身的信息，并进行判断；所述主控模块10包括主控芯片，所述主控芯片的型号为ST32F407芯片。
存储模块30，用以存储无人机飞行过程的机器本身信息；所述主控模块10和存储模块30由主控芯片ST公司芯片和存储芯片，主控芯片是对姿态航向传感模块20得到的无人机数据进行处理和控制，存储芯片可通过预留测试接口对储存信息的下载，从而适应过载和震动环境要强求。
大气数据传感模块40，用于实时监测无人机飞行过程中的大气环境信息，并将信息传输主控模块10；所述大气数据传感模块40将空气气压换算成高度、空速完成无人机相关信息采集。电源模块50，与主控模块10连接，为所述无人机飞行导航控制***提供电能；本***所述电源模块包括对直流电池电源进行转化的DC-DC电源芯片，及滤波电路，所述DC-DC电源芯片将所述直流电源电压转化为5V直流电源与3.3V直流电源，并经过所述滤波电路后分别与所述主控模块及PWM调理模块连接供电。所述电源模块50与外接电源501连接，所述外接电源501为干电池。所述电源模块50包括TI公司DC-DC电源芯片，通过二次电源变换技术对其输出进行二次滤波后提供给各电源需求部件，从而满足主要供电5v和3.3v需求，同时效率高、体积小。
PWM调理模块60，与所述主控模块10连接，并根据所述姿态航向传感模块20检测的飞行器机器本身信息，及大气数据传感模块40检测的无人机飞行过程中的大气环境信息，接收主控模块10的发送的控制指令，实时调整无人机飞行的动力电机604、方向舵603、升降轮602及副翼601的动作，以实现无人机飞行器的正常飞行。所述大气数据传感模块40包括用于检测无人机飞行器所在飞行高度的大气压力传感器401，实现无人飞行器所在航线的大气压力环境信息，通过气压与高度的换算关系，进而实现所述无人机飞行器飞行高度的判断。
再如图3所示，本***还包括用于获取无人机飞行器的位置信息的GPS模块90，所述GPS模块90用以检测无人机飞行器飞行过程的偏航角与俯仰角度信息，并传输主控模块10，所述主控模块10根据检测的信息发送控制指令实时调整无人机飞行器飞行参数，使其接近预设航线。本***还包括与主控模块10连接的串口转换模块70，所述主控模块10与所述串口转换模块70与云台701进行数据交互传输。本***还包括与主控模块10连接的I/O调理模块80，所述无人机出现故障时，通过I/O调理模块80控制无人机启动应急处理装置。所述姿态航向传感模块20、存储模块30、大气数据传感模块40、电源模块50、PWM调理模块60分别与主控模块10电连接，且设置在同一块电路板100上。
具体如图2所示，电路板100整体呈类似梯形的形状，电路板100梯形长边尺寸a为100-110mm之间，具体本实施例选取102mm，梯形短边尺寸c为65-70mm，侧边直边断长度为d，其中d的尺寸在25-35mm之间，优选30mm左右，侧边总高度b为100-110mm之间。各模块集成在一块电路板上，且板子的尺寸设计使得大大缩小了体积，同时也集成了各个传感器的性能，使得该***精度有所提高，功耗降低，重量轻，提高续航能力。
在无人机飞行器飞行工作时，本***主要完成以下工作：对于无人机飞行器位置、高度、空速、角速率、加速度等各种状态量的检测；采集信号与信息处理；输出控制信号实现对舵机及转速的精确控制；建立与地面控制中心的无线通信，传输数据参数和接受控制指令；数据存储等扩展应用。
本方案无人机飞行导航控制***主要解决航迹规划问题，利用姿态航向传感模块20中的多种传感器及时获取机身信息，同时根据飞行环境信息的判断，设定无人机飞行器的航速、高度航迹信息后，由优化算法得出姿态控制需要的俯仰角、电机转速以及横滚角等参数，交付给姿态控制层进一步处理，转化成具体的姿态控制。当姿态控制层得到实时数据信息时，结合当前的姿态数据，得出合理的舵机控制量，完成航迹规划所需要的姿态调整。姿态控制本身也是一个负反馈过程。当飞机偏离正常状态时，根据传感器反馈的具体偏离信息，输出相应的负反馈信号，经过合适的增益处理，控制姿态调整。必要时，可以通过数据链与地面控制站建立联系。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种无人机飞行导航控制***，其特征在于：包括：
姿态航向传感模块，用以获取无人机飞行过程中的机器本身信息；
主控模块，用以获取姿态航向传感模块获取的无人机飞行过程中的机器本身的信息，并进行判断后发送控制指令；
大气数据传感模块，用于实时监测无人机飞行过程中的大气环境信息，并将信息传输主控模块；
存储模块，与主控模块连接，用以存储无人机飞行过程的机器本身信息及大气环境信息；
电源模块，与主控模块连接，为所述无人机飞行导航控制***提供电能；
PWM调理模块；与所述主控模块连接，并根据所述姿态航向传感模块检测的飞行器机器本身信息及大气数据传感模块检测的无人机飞行过程中的大气环境信息，接收主控模块的发送的控制指令，实时调整无人机飞行的动力电机、方向舵、升降轮及副翼的动作，以实现无人机飞行器的正常飞行。
2.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：所述姿态航向传感模块包括：
三轴加速度计，用以检测无人机飞行器的三维加速度速度运行信号；
三轴陀螺仪，用以实时检测无人机飞行器的运行方位；
三轴磁阻传感器，用以感应所述无人飞行器飞行过程中因受到磁干扰信号引起的机身偏转角度的变化。
3.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：所述大气数据传感模块包括用于检测无人机飞行器所在飞行高度的大气压力传感器，以检测无人机飞行器飞行位置的大气压力信息，进而实现所述无人机飞行器飞行高度的判断。
4.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：还包括用于获取无人机飞行器的位置信息的GPS模块，所述GPS模块用以检测无人机飞行器飞行过程的偏航角与俯仰角度信息，并传输主控模块，所述主控模块根据检测的信息发送控制指令实时调整无人机飞行器飞行参数，使其接近预设航线。
5.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：还包括与主控模块连接的串口转换模块，所述主控模块与所述串口转换模块与云台进行数据交互传输。
6.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：还包括与主控模块连接的I/O调理模块，所述无人机出现故障时，通过I/O调理模块控制无人机启动应急处理装置。
7.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：所述电源模块包括对直流电池电源进行转化的DC-DC电源芯片，及滤波电路，所述DC-DC电源芯片将所述直流电源电压转化为5V直流电源与3.3V直流电源，并经过所述滤波电路后分别与所述主控模块及PWM调理模块连接供电。
8.如权利要求1所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：所述主控模块包括主控芯片，所述主控芯片的型号为ST32F407芯片。
9.如权利要求2所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：所述姿态航向传感模块、存储模块、大气数据传感模块、电源模块、PWM调理模块分别与主控模块电连接，且设置在同一块电路板上。
10.如权利要求1-9任意一项所述的无人机飞行导航控制***，其特征在于：所述电源模块与外接电源连接，所述外接电源为干电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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