專利名稱：可輔助操作的無人機辨識實驗地面站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是用于開展無人機動力學(xué)模型辨識實驗的地面站，能夠?qū)崟r有效地讀取、 記錄、監(jiān)控和顯示辨識實驗數(shù)據(jù)。主要應(yīng)用在航空航天、無人機和機器人等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無人機的動力學(xué)模型辨識實驗數(shù)據(jù)主要由兩部分組成，即飛行員的遙控指令和無 人機的動力學(xué)響應(yīng)。傳統(tǒng)的辨識實驗數(shù)據(jù)主要采用機載存儲器和飛行控制地面站兩種記錄 方式。機載存儲器是通過飛行計算機，將無人機在飛行過程中的實驗數(shù)據(jù)將記錄下來。 只有當(dāng)無人機降落地面后，才能讀取該數(shù)據(jù)以了解實驗情況。如果無人機在飛行過程中的 實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常、失效和超限等情況，實驗人員無法及時發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對。飛行控制地面站是通過常規(guī)的地面站，將實驗數(shù)據(jù)直接記錄下來。而常規(guī)的地面 站并不具備對實驗數(shù)據(jù)頻率和幅值的監(jiān)控功能。因此，不能對異常甚至危險的飛行情況及 時報警。因此，對于傳統(tǒng)的辨識實驗記錄方式，不僅不能在飛行中實時觀察實驗數(shù)據(jù)幅值 和頻率的變化情況，而且很容易使實驗數(shù)據(jù)超出正常范圍。而實驗數(shù)據(jù)超出正常范圍往往 意味著無人機已進入危險的飛行狀態(tài)，并有可能產(chǎn)生如下后果辨識實驗數(shù)據(jù)失效、無人機 飛行安全性降低，嚴重破壞無人機的機體結(jié)構(gòu)，甚至墜毀。本發(fā)明不僅能以曲線的形式將實驗數(shù)據(jù)實時顯示出來，而且能實時監(jiān)控飛行實驗 數(shù)據(jù)的幅值和頻率，并在實驗數(shù)據(jù)超出安全范圍時及時報警，從而輔助實驗人員順利完成 辨識實驗。此外，本發(fā)明構(gòu)成簡單、可靠性高、操作容易、實驗效率高。此外，本發(fā)明還便于 實驗人員了解整個辨識實驗的開展，并及時向飛行員提出反饋意見，從而提高實驗數(shù)據(jù)的 有效性和辨識實驗的飛行安全性。利用本發(fā)明得到的實驗結(jié)果可直接用于辨識建模，可顯 著縮短無人機建模和控制系統(tǒng)的研發(fā)周期。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于開展無人機動力學(xué)模型辨識實驗的地面站。本發(fā)明的特征在于，含有數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)記錄、實驗監(jiān)控和曲線顯示四個主要功 能，其中通過數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)記錄功能，可以記錄實驗的辨識數(shù)據(jù)，以用于實驗之后的無 人機系統(tǒng)辨識；通過實驗監(jiān)控和曲線顯示功能，可以輔助實驗人員更好地完成無人機辨識 實驗在數(shù)據(jù)讀取功能，地面站分別接收并讀取來自于飛行員和無人機的遙控指令和動 力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，根據(jù)事先指定的通訊協(xié)議和采樣頻率，得到飛行員遙控指令和無人機動 力學(xué)響應(yīng)的原始數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)記錄功能，地面站將讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)實時記錄下來，并 存儲為便于數(shù)據(jù)處理軟件(如MATLAB)讀取的數(shù)據(jù)格式，以用于辨識實驗之后的系統(tǒng)辨
3識；在實驗監(jiān)控功能，地面站不斷計算實時顯示出遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻率 和幅值，當(dāng)遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻率和幅值超出辨識實驗的指定范圍時，地面站 會及時報警；在曲線顯示功能，地面站將讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)以曲線的形式，在 屏幕上實時地顯示出來，從而使地面站操作人員能根據(jù)數(shù)據(jù)曲線，方便地監(jiān)控辨識實驗，并 及時向飛行員提出反饋意見。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明采用獨立設(shè)計、并具有輔助飛行功能的地面站系統(tǒng)，不 僅能夠以曲線的形式將實驗數(shù)據(jù)實時顯示出來，而且可以實時監(jiān)控飛行實驗數(shù)據(jù)的幅值和 頻率，并在實驗數(shù)據(jù)超出安全范圍時及時報警，從而輔助實驗人員順利完成辨識實驗。此 外，本發(fā)明構(gòu)成簡單、可靠性高、操作容易、實驗效率高。此外，本發(fā)明還便于實驗人員了解 整個辨識實驗的開展，并及時向飛行員提出反饋意見，從而提高實驗數(shù)據(jù)的有效性和辨識 實驗的飛行安全性。利用本發(fā)明得到的實驗結(jié)果可直接用于辨識建模，可顯著縮短無人機 建模和控制系統(tǒng)的研發(fā)周期。


圖1是可輔助操作的無人機辨識實驗地面站的原理圖。圖1所示的地面站同時接 收分別來自飛行員和無人機的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)流，并進行數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)記錄、 實驗監(jiān)控和曲線顯示，以用于辨識實驗之后的系統(tǒng)辨識。
具體實施例方式可輔助操作的無人機辨識實驗地面站具有數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)記錄、實驗監(jiān)控和曲線 顯示四個主要功能。數(shù)據(jù)讀取功能地面站分別接收來自于飛行員和無人機的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng) 數(shù)據(jù)流。根據(jù)事先指定的通訊協(xié)議和采樣頻率，地面站實時、同步地讀取遙控指令和動力學(xué) 響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，得到飛行員遙控指令和無人機動力學(xué)響應(yīng)的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄功能地面站將讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)實時記錄下來，并存 儲為便于其他軟件(如MATLAB)讀取的數(shù)據(jù)格式，以用于辨識實驗之后的系統(tǒng)辨識；實驗監(jiān)控功能根據(jù)實時讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)，地面站不斷計算并 實時顯示出遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻率和幅值，當(dāng)遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻 率和幅值超出辨識實驗的指定范圍時，地面站會及時報警；曲線顯示功能地面站將讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)以曲線的形式，在屏 幕上實時地顯示出來。而地面站操作人員則可根據(jù)數(shù)據(jù)曲線，方便地監(jiān)控辨識實驗，并及時 向飛行員提出反饋意見。數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)記錄功能可以記錄實驗的辨識數(shù)據(jù)，以用于實驗之后的無人機系 統(tǒng)辨識；實驗監(jiān)控和曲線顯示功能可以輔助實驗人員安全、簡便和高效地完成無人機動力 學(xué)模型辨識實驗。
權(quán)利要求
可輔助操作的無人機辨識實驗地面站，其特征在于，含有無人機系統(tǒng)辨識地面站具有數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)記錄、實驗監(jiān)控和曲線顯示四個主要功能，其中在數(shù)據(jù)讀取功能，地面站分別接收并讀取來自于飛行員和無人機的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，根據(jù)事先指定的通訊協(xié)議和采樣頻率，得到飛行員遙控指令和無人機動力學(xué)響應(yīng)的原始數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)記錄功能，地面站將讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)實時記錄下來，并存儲為便于數(shù)據(jù)處理軟件(如MATLAB)讀取的數(shù)據(jù)格式，以用于辨識實驗之后的系統(tǒng)辨識；在實驗監(jiān)控功能，地面站不斷計算并實時顯示出遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻率和幅值，當(dāng)數(shù)據(jù)的頻率和幅值超出辨識實驗的指定范圍時，地面站會及時報警；在曲線顯示功能，地面站將讀取的遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)以曲線的形式，在屏幕上實時地顯示出來，從而使地面站操作人員能根據(jù)數(shù)據(jù)曲線方便地監(jiān)控辨識實驗，并及時向飛行員提出反饋意見。
全文摘要
可輔助操作的無人機辨識實驗地面站屬于無人機建模和控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，含有數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)記錄、實驗監(jiān)控和曲線顯示四個主要功能，其中數(shù)據(jù)讀取功能用于接收并讀取飛行員遙控指令和無人機動力學(xué)響應(yīng)的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄功能記錄原始數(shù)據(jù)，以用于辨識實驗之后的系統(tǒng)辨識；實驗監(jiān)控功能不斷計算出遙控指令和動力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)的頻率和幅值，并在數(shù)據(jù)的頻率和幅值超出安全范圍時報警；曲線顯示功能將實驗數(shù)據(jù)以曲線的形式實時地顯示出來，以輔助地勤人員監(jiān)控辨識實驗，并及時向飛行員提出反饋意見。本發(fā)明能有效地輔助飛行員和地勤人員完成無人機辨識飛行實驗，具有安全、高效、方便和可靠的優(yōu)點。
文檔編號G05B17/02GK101980088SQ201010503450
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者朱紀洪, 王冠林 申請人:清華大學(xué)