專利名稱：無人機起飛降落階段的地面站全權接管控制系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是用于控制無人機自動起飛和降落的裝置，能夠全自動地引導并操縱無人機在復雜環(huán)境下的起飛和降落。主要應用在航空航天、無人機和機器人等技術領域。
背景技術：
無人機的起飛和降落是墜機事故的高發(fā)階段，而當無人機在復雜環(huán)境下(如狹小地帶或運動平臺)起飛和降落時，事故發(fā)生率更高。無人機的自動起飛和降落通常只能在諸如寬闊平整場地等良好著陸條件下完成，而在復雜環(huán)境下多以遙控方式為主。此外，無人機在軍艦和車輛等移動起降平臺上著陸時，由于起降平臺的姿態(tài)、位置和速度不斷變化，無人機需要迅速、準確地調整自身姿態(tài)以保持與移動起降平臺的同步運動，其降落過程甚為困難和危險。因此以往的無人機起飛和著陸方式危險性高、適用場合少，難以滿足目前的無人機應用需求。本發(fā)明利用地面站實時對比無人機和起降平臺的相對運動，持續(xù)計算出控制指令并直接全權控制無人機的飛行，使無人機可以在復雜環(huán)境下自動、安全地起飛和降落。與傳統的無人機起飛和降落方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點是全自動起降、安全性高和適應范圍廣泛。 不但可使無人機在復雜地面(如高樓之間)按照地面站的指示實時修正航線，及時規(guī)避障礙物并安全起飛或降落；而且可使無人機實時、迅速地跟隨起降平臺的運動(如行進中的軍艦、車輛等)，完成在移動起降平臺上的起飛和降落。本發(fā)明可顯著提高無人機在復雜環(huán)境下起飛和降落的飛行安全性，并可擴展無人機的裝備適用范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于無人機在復雜環(huán)境下自主起飛和降落的系統。本發(fā)明的特征在于，含有無人機控制部和地面站控制部，其中無人機控制部，含有機載傳感器組、飛行控制計算機、舵機適配器、舵機組、下行數據鏈路發(fā)射機和上行數據鏈路接收機，其中機載傳感器組，集成有3軸角速率陀螺儀、3軸線加速度計、3軸磁力計、超聲波高度計以及GPS接收機，以實時測量無人機的空間坐標、3軸角速度、3軸線加速度、3軸歐拉角和超聲波相對高度，表示成飛行數據 (0 = [/〗，ΠΚ,Ξ^Δ/ζ;Τ，并發(fā)送給飛行控制計算機Ya= [xA(t)，yA(t)，ZA(t)]T*無人機的空間坐標，Π Α = [pA(t)，qA(t)，rA(t)]T 為無人機的 3 軸角速度，Aa= [%(0， (0，^(0]1為無人機的3軸線速度， toon] ξα = [ΦΑα)，eA(t), VA(t)]T 為無人機的 3 軸歐拉角，Ah為超聲波相對高度；飛行控制計算機，設有所述機載傳感器組輸出的飛行數據信號輸入端、向下行數據鏈路發(fā)射機發(fā)送飛行數據nA(t)的輸出端，以及根據預先設定的飛行軌跡和飛行控制算法生成的飛控舵機指令S ^e(t) = [δ ^ei(t)，δ ^e2(t)，L，δ飛控n(t)]T，n為舵機數，其中期望的飛行軌跡表示為rc= [&(0，7。(0，2。(0]\其中，&(0，7。(0，2。(0為設定的空間坐標，t = 1，2，. . . .，L，L為設定的飛行時間長度，單位為秒；飛控指令δ ^ei(t)的表達式為
權利要求
1.無人機起飛降落階段的地面站全權接管控制系統，其特征在于，含有無人機控制部和地面站控制部，其中無人機控制部，含有機載傳感器組、飛行控制計算機、舵機適配器、舵機組、下行數據鏈路發(fā)射機和上行數據鏈路接收機，其中機載傳感器組，集成有3軸角速率陀螺儀、3軸線加速度計、3軸磁力計、超聲波高度計以及GPS接收機，以實時測量無人機的空間坐標、3軸角速度、3軸線加速度、3軸歐拉角和超聲波相對高度，表示成飛行數據 (0 = [^,ΠΚ,Ξ$，Δ/^，并發(fā)送給飛行控制計算機 Ya = [xA(t)，yA(t)，zA(t)]T*無人機的空間坐標， Π Λ = [pA(t)，qA(t)，rA(t)]T為無人機的3軸角速度， Aa = [uA(t)，vA(t)，wA(t)]T為無人機的3軸線速度， ξα= [ΦΑα)，θΑα)，ΨΑα)]τ為無人機的3軸歐拉角， Ah為超聲波相對高度；飛行控制計算機，設有所述機載傳感器組輸出的飛行數據信號輸入端、向下行數據鏈路發(fā)射機發(fā)送飛行數據nA(t)的輸出端，以及根據預先設定的飛行軌跡和飛行控制算法生成的飛控舵機指令S飛控(0 = [δ ^ei(t)，δ飛控2(t)，L，δ飛控n(t)]T，n為舵機數，其中 期望的飛行軌跡表示為rc= [&(0，&(0，、(0]\其中，&(0，&(0，、(0為設定的空間坐標，t = 1，2，. . .，L，L為設定的飛行時間長度，單位為秒； 飛控指令δ ^ei(t)的表達式為
全文摘要
無人機起飛降落階段的地面站全權接管控制系統屬于無人機技術領域，其特征在于，含有無人機控制部和地面站控制部；其中，無人機控制部，含有機載傳感器組、飛行控制計算機、舵機適配器、舵機組、下行數據鏈路發(fā)射機和上行數據鏈路接收機；地面站控制部，含有地面站、下行數據鏈路接收機、上行數據鏈路發(fā)射機、起降平臺和起降平臺傳感器組；在無人機起飛和降落階段，飛行控制計算機利用下行數據鏈路，將飛行數據發(fā)送給地面站；地面站根據無人機與起降平臺的相對運動關系，持續(xù)計算無人機操縱指令，并通過上行數據鏈路操縱無人機，使之在地面站的全權控制下完成起飛和降落。本發(fā)明可提高無人機在起飛和降落階段的安全性，并擴展其應用場合。
文檔編號G05D1/08GK102298389SQ20111015501
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2011年6月10日
發(fā)明者夏慧, 朱紀洪, 王冠林 申請人:清華大學