本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，特別涉及基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無(wú)人機(jī)在防災(zāi)救險(xiǎn)、科學(xué)考察等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用，而飛行控制系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)的重要組成部分，在無(wú)人機(jī)智能化和實(shí)用化中起著重要的作用。

無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)是無(wú)人機(jī)完成起飛、空中飛行、執(zhí)行任務(wù)和返場(chǎng)回收等整個(gè)飛行過(guò)程的核心系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)對(duì)于無(wú)人機(jī)相當(dāng)于駕駛員對(duì)于有人機(jī)的作用，是無(wú)人機(jī)最核心的技術(shù)之一。無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)一般包括傳感器、機(jī)載計(jì)算機(jī)和伺服作動(dòng)設(shè)備三大部分，實(shí)現(xiàn)的功能主要有無(wú)人機(jī)姿態(tài)穩(wěn)定和控制、無(wú)人機(jī)任務(wù)設(shè)備管理和應(yīng)急控制三大類(lèi)。

無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)主要由陀螺儀(飛行姿態(tài)感知)、加速計(jì)、地磁感應(yīng)飛控、氣壓傳感器(懸?？刂?、gps(英文globalpositioningsystem(全球定位系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱(chēng))模塊(選裝)以及控制電路組成，主要的功能就是自動(dòng)保持飛機(jī)的正常飛行姿態(tài)。

現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)存在導(dǎo)線(xiàn)抗腐蝕性差、抗干擾能力差、保密性差、可擴(kuò)展能力差的問(wèn)題，這已成為制約無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。

因此，提供一種抗電磁干擾性能強(qiáng)、傳輸頻帶寬、通信容量大、傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)、線(xiàn)徑細(xì)、重量輕、絕緣、抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花、泄露小、保密性強(qiáng)、可擴(kuò)展能力好的基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)就成為該技術(shù)領(lǐng)域急需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種抗電磁干擾性能強(qiáng)；傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)；線(xiàn)徑細(xì)、重量輕；絕緣、抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花、泄露小、保密性強(qiáng)、可擴(kuò)展能力好的基于光纖通訊農(nóng)用小型無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到的：

基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，其特征在于：包括舵機(jī)和通過(guò)光纖與之相連接的控制子系統(tǒng)，所述控制子系統(tǒng)包括主控芯片、a/d轉(zhuǎn)換芯片、存儲(chǔ)單元、rs232芯片、數(shù)傳電臺(tái)和傳感器單元；所述傳感器單元包括用于采集無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息的imu傳感器、用于采集無(wú)人機(jī)磁航向信息的磁傳感器、用于計(jì)算無(wú)人機(jī)高度信息的靜壓傳感器、用于采集無(wú)人機(jī)空速信息的空速傳感器以及用于采集無(wú)人機(jī)位置和速度信息的gps模塊，其中，gps模塊、imu傳感器和磁傳感器的數(shù)據(jù)輸出端分別與主控芯片的gps采集信息輸入端口、姿態(tài)信息輸入端口、磁航向信息輸入端口電連接，所述空速傳感器和靜壓傳感器分別與a/d轉(zhuǎn)換芯片的速度信息輸入端口和高度信息輸入端口連接；所述控制子系統(tǒng)的主控芯片和a/d轉(zhuǎn)換芯片通過(guò)電連接；所述主控芯片通過(guò)光纖與舵機(jī)相連接，所述主控芯片與數(shù)傳電臺(tái)雙向通訊，與相應(yīng)的端口電連接，主控芯片與存儲(chǔ)單元為雙向通訊，與相應(yīng)的端口電連接。

優(yōu)選地，所述數(shù)傳電臺(tái)與地面站無(wú)線(xiàn)連接。

優(yōu)選地，所述主控芯片設(shè)有任務(wù)接口。

優(yōu)選地，所述主控芯片用于根據(jù)傳感器單元采集的信息對(duì)無(wú)人機(jī)飛行控制進(jìn)行運(yùn)算，并通過(guò)光纖通訊向舵機(jī)輸出決策控制指令的pwm信號(hào)，用于控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)控制信號(hào)。

優(yōu)選地，所述遙控接收機(jī)用于將接收到的ppm信號(hào)轉(zhuǎn)換成pwm信號(hào)傳輸給主控芯片。

優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)單元對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息、高度信息和磁航向信息進(jìn)行記錄，并將記錄到的信息傳送至主控芯片。

優(yōu)選地，所述任務(wù)接口用于與相機(jī)、噴藥設(shè)備等的連接。

優(yōu)選地，所述舵機(jī)包括副翼舵、升降舵、油門(mén)舵、方向舵、傘艙舵、襟翼舵等，通過(guò)接收主控芯片的輸入的控制策略pwm信號(hào)來(lái)控制無(wú)人機(jī)姿態(tài)。

優(yōu)選地，所述imu傳感器包括三軸陀螺傳感器和三軸加速度傳感器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

與現(xiàn)有的相關(guān)設(shè)備相比，本發(fā)明提供的基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，具有抗干擾能力強(qiáng)、抗腐蝕能力強(qiáng)、保密性好、可擴(kuò)展能力好的特點(diǎn)；同時(shí)，本發(fā)明的無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)具有良好的通用性，可用于農(nóng)用小型固定翼無(wú)人機(jī)，又可應(yīng)用于無(wú)人直升機(jī)。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

主要附圖標(biāo)記：

1主控芯片2光纖

3a/d轉(zhuǎn)換芯片4gps模塊

5imu傳感器6磁傳感器

7空速傳感器8靜壓傳感器

9遙控接收機(jī)10存儲(chǔ)單元

11數(shù)傳電臺(tái)12rs232芯片

13任務(wù)接口14舵機(jī)

具體實(shí)施方式

縮略語(yǔ)說(shuō)明：

a/d：模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

imu：慣性測(cè)量單元(inertialmeasurementunit)的縮寫(xiě)。

gps：英文globalpositioningsystem(全球定位系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱(chēng)。

pwm：pulsewidthmodulation(脈沖寬度調(diào)制)的縮寫(xiě)，pwm＝脈寬調(diào)制，用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的寬度，使每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間與該瞬時(shí)的調(diào)制信號(hào)值成比例。

ppm＝脈位調(diào)制，用調(diào)制信號(hào)控制脈沖序列中各脈沖的相對(duì)位置(即相位)，使各脈沖的相對(duì)位置隨調(diào)制信號(hào)變化。此時(shí)脈沖序列中脈沖的幅度和寬度均保持不變

pid：在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)pid控制。

實(shí)施例1

本發(fā)明的基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，包括光纖2及掛在光纖2上的控制子系統(tǒng)，所述控制子系統(tǒng)包括主控芯片1、a/d轉(zhuǎn)換芯片3、gps模塊4、imu傳感器5、磁傳感器6、空速傳感器7、靜壓傳感器8、遙控接收機(jī)9、存儲(chǔ)單元10、數(shù)傳電臺(tái)11、rs232芯片12、任務(wù)接口13、舵機(jī)14；其中，gps模塊4的數(shù)據(jù)輸出端與主控芯片1的gps采集信息輸入端口通過(guò)rs232芯片通信連接，imu傳感器5的數(shù)據(jù)輸出端與主控芯片1的姿態(tài)信息輸入端口電連接，磁傳感器6的數(shù)據(jù)輸出端與主控芯片1的磁航向信息輸入端口電連接，空速傳感器7的數(shù)據(jù)輸出端與a/d轉(zhuǎn)換芯片3的空速信息輸入端口電連接，靜壓傳感器8的數(shù)據(jù)輸出端與a/d轉(zhuǎn)換芯片3的高度信息輸入端口電連接，遙控接收機(jī)9的數(shù)據(jù)輸出端與主控芯片1的數(shù)據(jù)輸入端口電連接，主控芯片1的模數(shù)信號(hào)輸入端口與a/d轉(zhuǎn)換芯片3的模數(shù)信號(hào)輸出端口連接，主控芯片1與數(shù)傳電臺(tái)11為雙向通訊，與相應(yīng)的端口電連接，主控芯片1與存儲(chǔ)單元10為雙向通訊，與相應(yīng)的端口電連接。

主控芯片1用于根據(jù)各傳感器輸入信息對(duì)無(wú)人機(jī)飛行控制進(jìn)行運(yùn)算；a/d轉(zhuǎn)換芯片3的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)空速傳感器7采集到的飛行過(guò)程中飛機(jī)相對(duì)空氣的速度信號(hào)和靜壓傳感器8采集到的用于計(jì)算空速的靜壓值信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；gps模塊4用于采集無(wú)人機(jī)的位置信息和速度信息；imu傳感器5用于采集無(wú)人機(jī)的姿態(tài)信息；磁傳感器6用于采集無(wú)人機(jī)的磁航向信息；靜壓傳感器8用于采集無(wú)人機(jī)的高度信息；存儲(chǔ)單元10用于記錄、存儲(chǔ)無(wú)人機(jī)的姿態(tài)、速度、高度和飛行控制參數(shù)信息；rs232芯片12用于實(shí)現(xiàn)差分gps和主控芯片1的通信；數(shù)傳電臺(tái)11用于向主控芯片1傳輸?shù)孛嬲就ㄓ嵉臄?shù)據(jù)和差分gps修正的數(shù)據(jù)。

主控芯片1用于根據(jù)各個(gè)傳感器采集的信息對(duì)無(wú)人機(jī)飛行控制進(jìn)行運(yùn)算，并通過(guò)光纖2向舵機(jī)14輸出決策控制指令的pwm信號(hào)，用于控制舵機(jī)14轉(zhuǎn)動(dòng)的舵機(jī)控制信號(hào)。

存儲(chǔ)單元10以20ms記錄一次的速度對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息、高度信息和磁航向信息進(jìn)行記錄，并將記錄到的信息傳送至主控芯片，同時(shí)存儲(chǔ)飛行控制的一些控制參數(shù)(包括：各個(gè)回路的pid參數(shù))、控制附加參數(shù)(包括：轉(zhuǎn)彎半徑、航點(diǎn)允差半徑等)、任務(wù)航點(diǎn)，使主控芯片通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)將接收到的無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息、無(wú)人機(jī)高度信息和無(wú)人機(jī)磁航向信息發(fā)送至存儲(chǔ)單元進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。

數(shù)傳電臺(tái)11用于接收地面站通訊的數(shù)據(jù)和差分gps的數(shù)據(jù)，同時(shí)主控芯片1將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給移動(dòng)站，其中，數(shù)傳電臺(tái)11通過(guò)ttl電平信號(hào)接收主控芯片1提供的無(wú)人機(jī)的姿態(tài)信息，并將所述姿態(tài)信息發(fā)送給地面站。

任務(wù)接口13用于無(wú)人機(jī)工作時(shí)的任務(wù)需要，如航拍需要安裝相機(jī)，噴藥需要安裝噴藥設(shè)備等。

舵機(jī)14包括副翼舵、升降舵、油門(mén)舵、方向舵、傘艙舵、襟翼舵等，通過(guò)接收主控芯片1的輸入的控制策略pwm信號(hào)來(lái)控制無(wú)人機(jī)姿態(tài)。

主控芯片1和舵機(jī)14之間通過(guò)光纖2實(shí)現(xiàn)通訊,并由光端機(jī)實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

與現(xiàn)有的設(shè)備相比，本發(fā)明提供的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)，具有抗干擾能力強(qiáng)，具可擴(kuò)展能力好的特點(diǎn)，同時(shí)，本發(fā)明的無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)具有良好的通用性，可用農(nóng)用小型于固定翼無(wú)人機(jī)，又可應(yīng)用于無(wú)人直升機(jī)。

基于光纖通訊的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的作業(yè)流程如下：

步驟①：系統(tǒng)上電后，主控芯片1、光纖通訊2、a/d轉(zhuǎn)換芯片3、gps模塊4、imu傳感器5、磁傳感器6、空速傳感器7、靜壓傳感器8、遙控接收機(jī)9、存儲(chǔ)單元10、數(shù)傳電臺(tái)11同時(shí)開(kāi)啟；

步驟②：imu傳感器5、磁傳感器6、、空速傳感器7、靜壓傳感器8開(kāi)始采集數(shù)據(jù)；

步驟③：空速傳感器7和靜壓傳感器8將采集到的空速、高度等信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換模塊3傳送至主控芯片1；gps模塊4采集到無(wú)人機(jī)位置信息，并將此信息經(jīng)rs232芯片12輸入至主控芯片1；包括三軸陀螺傳感器和三軸加速度傳感器的imu傳感器5采集到無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息，并將此信息傳送至主控芯片1；磁傳感器6將采集到的磁航向信息輸送至主控芯片1；

步驟④：主控芯片1接收數(shù)傳電臺(tái)11的數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)主控芯片1也將此時(shí)無(wú)人機(jī)的飛行參數(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)傳電臺(tái)11發(fā)送到地面站，并將接收到的imu傳感器5采集的無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息、磁傳感器6采集的無(wú)人機(jī)磁航向信息、a/d轉(zhuǎn)換芯片3傳送的無(wú)人機(jī)高度、空速信息傳輸至存儲(chǔ)單元10進(jìn)行保存；遙控接收機(jī)9將接收的ppm信號(hào)轉(zhuǎn)換成pwm信號(hào)傳給主控芯片1；

步驟⑤：主控芯片1根據(jù)遙控接收機(jī)9傳輸?shù)膒wm信號(hào)以及各傳感器采集到的信息制定控制策略，并將該控制策略信號(hào)通過(guò)光纖通訊2傳輸給舵機(jī)14。

以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，但凡在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)所做的等效變化及修飾，皆應(yīng)認(rèn)為落入了本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。