專利名稱：懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于空間飛行器技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，本實用新型涉及一種懸 浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
照相機的發(fā)明和改進(jìn)，受到人和動物的眼睛結(jié)構(gòu)的啟示。單就成像原理而 言，眼睛與相機是十分類似的。由于動物復(fù)眼構(gòu)造精巧和功能特異，給人們許 多寶貴啟示。人們模仿蒼蠅、蜻蜓和蟹等復(fù)眼光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點，用 許多塊具有特定性質(zhì)的小透鏡，將它們有規(guī)則地緊密排列粘合起來，制成"復(fù)
眼透鏡"，用它制成像鏡頭制成的"復(fù)眼照相機"， 一次就可以照出1329張相同 的照片來?？梢杂脕泶罅繌?fù)制電子計算機的集成電路，這樣將大大加快電子設(shè) 備的生產(chǎn)速度。若用在軍事衛(wèi)星偵察上，也將被派上更大的用場。
如今在世界各國的有關(guān)方面和許多生物研究機構(gòu)正在以前所未有的熱情來 關(guān)注一些不起眼的動物。日前，美國的一些科學(xué)家們宣稱，他們已經(jīng)利用仿生 學(xué)原理制造出了世界上第一只能飛翔的"機器蠅"，它能在100米上空飛行，人 們用肉眼幾乎發(fā)現(xiàn)不了它，而它卻可以拍出極為清晰的照片傳回地面。
在國內(nèi)的一些高校和科研機構(gòu)也對"動物型機器人"開展了許多研究工作， 例如，我國研發(fā)出了 "聽懂"人話的老鼠，會根據(jù)人的指令完成規(guī)定的動作。 2005年5月，我國成功研發(fā)出了第一批動物機器人。這一成果的誕生，將對神 經(jīng)科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)、殘疾人康復(fù)等都有巨大的理論和實用價值。我國還成功研 發(fā)出的"壁虎機器人"，就是利用壁虎"飛檐走壁"的本領(lǐng)，讓壁虎身上戴著攝 像機或傳感器，執(zhí)行特定的搜救、反恐、探測情報、偵察等任務(wù)，在這些項目中都需要用到攝像機或照相機。目前，攝像頭基本有兩種形式 一種是數(shù)字?jǐn)z像頭，可以獨立與微機配合 使用；另一種是模擬攝像頭，要配合視頻捕捉卡一起使用。數(shù)字?jǐn)z像頭是一種 數(shù)字視頻的輸入設(shè)備，利用光電技術(shù)采集影像，而不像視頻采集卡那樣首先用 模擬的采集工具采集影像，再通過專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換組件完成影像的輸入。攝像頭是用電荷耦合器件CCD組成(Charge Coupled Device), CCD攝像機的工 作方式是被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積累 相應(yīng)比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經(jīng)濾 波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻 輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。由于有了上述的科研成果，人們正在考慮，將其結(jié)合起來，應(yīng)用到空中攝 影、攝像，不需要人工直接駕駛升空的條件下，進(jìn)入空中工作，能在地質(zhì)探礦、 軍事、搶險救災(zāi)、氣象預(yù)報、新聞傳播、影視制作、交通及治安管理、通信信 息、社會及文化領(lǐng)域等得到廣泛運用，擴展人類的視野，觀察到目前人類依靠 自身還無法觀察到的景象。但是，到目前為止，涉及此類技術(shù)還正在研究中， 還沒有取得實質(zhì)性的進(jìn)展，沒有形成成熟的理論和實用的技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的問題是提供一種懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)， 其目的是實現(xiàn)自主式的航空攝像且提高所獲得的影像效果。 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為本實用新型所提供的這種懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，由航空器主體 和飛行控制系統(tǒng)組成，所述的飛行控制系統(tǒng)包括由無線信號連接的機載測控子 系統(tǒng)和地面測控子系統(tǒng)；航空器主體上設(shè)有大視距、廣角的機載攝像設(shè)備，該機載攝像設(shè)備與機載測控子系統(tǒng)電信號連接，并接受其控制；機載攝像設(shè)備通
過機載測控子系統(tǒng)向地面測控子系統(tǒng)傳送影像信號。
所述的航空器主體中設(shè)發(fā)動機、主翼、氦氣氣囊、空氣副氣囊、前傾轉(zhuǎn)旋 風(fēng)機和后旋風(fēng)機，并均與機載測控子系統(tǒng)電信號連接，接受機載測控子系統(tǒng)的 控制。
所述的航空器主體設(shè)有滑橇、旋翼、尾槳、傳動裝置、自動傾斜控制器、 變距舵機、油門舵機、航向舵機，并均與機載測控子系統(tǒng)電信號連接，接受機
載測控子系統(tǒng)的控制；所述的發(fā)動機安裝在航空器主體機身的后部；所述的自 動傾斜控制器安裝在航空器主體機身內(nèi)主軸的下方；所述的變距舵機和油門舵 機安裝在發(fā)動機的前方；所述的航向舵機設(shè)置在航空器主體機身的底部。
所述的機載測控子系統(tǒng)設(shè)有飛行控制計算機、空間位置傳感器、空間姿態(tài) 傳感器、舵機驅(qū)動器、遙控與飛控切換裝置、無線電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。
所述的空間位置傳感器為GPS接收機；所述的空間姿態(tài)傳感器為電子羅盤； 所述的舵機驅(qū)動器為角度位置伺服的驅(qū)動器；所述的無線電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備為數(shù) 傳電臺。
所述的機載攝像設(shè)備的結(jié)構(gòu)為蜘蛛眼式的攝像頭，其結(jié)構(gòu)為多個沿弧面上 不同角度分布的、由萬向關(guān)節(jié)在航空器主體上固定支承的微型攝像頭。
所述的蜘蛛眼式的攝像頭為數(shù)字式攝像頭?；蛘撸龅闹┲胙凼降臄z像 頭為模擬式攝像頭。
所述的機載測控子系統(tǒng)和地面測控子系統(tǒng)之間設(shè)有兩條無線數(shù)據(jù)信息通 道其中一條用于傳送由機載攝像設(shè)備所獲取的影像信號；另一條負(fù)責(zé)傳送航 空器主體的飛行狀態(tài)和控制指令。
所述的地面測控子系統(tǒng)設(shè)有地面站和圖像處理平臺，所述的地面站與機載測控子系統(tǒng)進(jìn)行通訊，發(fā)送控制命令并獲得航空器主體狀態(tài)信息；所述的圖像 處理平臺獲取機載攝像設(shè)備發(fā)回的影像并進(jìn)行處理，搜尋并確定拍攝目標(biāo)。本實用新型采用上述技術(shù)方案，無需人工直接駕駛航空飛行器升空，采用 懸浮式航空攝像自主飛行器，做到在空中長時間地工作，輕便靈活、控制自如、 定位準(zhǔn)確，運行范圍大、視距更遠(yuǎn)、視角更廣，影像清晰、逼真，廣泛應(yīng)用于 國民經(jīng)濟和社會生活的各個領(lǐng)域。

下面對本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記為1、航空器主體，2、飛行控制系統(tǒng)，3、機載測控子系統(tǒng)，4、 地面測控子系統(tǒng)，5、機載攝像設(shè)備，6、飛行控制計算機，7、空間位置傳感器， 8、空間姿態(tài)傳感器，9、舵機驅(qū)動器，10、遙控與飛控切換裝置，11、無線電 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，12、地面站，13、圖像處理平臺。
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本實用新型的具體實施方式
如所 涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作 用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本 領(lǐng)域的技術(shù)人員對本實用新型的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的 理解。如圖1所表達(dá)的本實用新型的結(jié)構(gòu)，本實用新型為一種懸浮式航空攝像自 主飛行器系統(tǒng)，由航空器主體1和飛行控制系統(tǒng)2組成。本實用新型所提供的這種懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，所述的飛行控 制系統(tǒng)2包括由無線信號連接的機載測控子系統(tǒng)3和地面測控子系統(tǒng)4;航空器主體1上設(shè)有大視距、廣角的機載攝像設(shè)備5，該機載攝像設(shè)備5與機載測控子 系統(tǒng)3電信號連接，并接受其控制；機載攝像設(shè)備5通過機載測控子系統(tǒng)3向 地面測控子系統(tǒng)4傳送影像信號。通過機載測控子系統(tǒng)3和地面測控子系統(tǒng)4來預(yù)設(shè)、理解、判斷各類指令 和周圍環(huán)境的變化，作出正確的反饋信號，控制執(zhí)行機構(gòu)，迫使航空器操縱機 構(gòu)運動，完成航空器升降、前后飛、轉(zhuǎn)彎、懸停等復(fù)雜的飛行動作和按指定的 航程飛行。懸浮式航空"蜘蛛眼"是超視距自主飛行的低空飛行機器人系統(tǒng)。本實用 新型提出懸浮式航空"蜘蛛眼"的技術(shù)方案，其目的是讓"蜘蛛眼"在空中依 據(jù)仿生學(xué)原理，擴大攝像視角；利用懸浮式航空飛行器的機動靈敏的特點，要 求航空飛行器在空中懸停時間要長，變軌運動要迅速，定位要準(zhǔn)確可靠，人機 對話要簡單方便、易實現(xiàn)，能在任何一點的任何方向上讓攝像機對拍攝對象進(jìn) 行快速拍攝，鏡頭的快速轉(zhuǎn)變，對拍攝對象進(jìn)行上下左右前后拍攝，使拍攝的 畫面富有動感、沖擊力，這樣多角度地對拍攝對象進(jìn)行藝術(shù)的描寫、刻畫，可 為觀眾提供更完美的畫面和多角度視覺感受，以實現(xiàn)攝像機在空中攝影與電視 轉(zhuǎn)播、空中監(jiān)控等。本實用新型所提供的航空器主體1中設(shè)發(fā)動機、主翼、氦氣氣囊、空氣副 氣囊、前傾轉(zhuǎn)旋風(fēng)機和后旋風(fēng)機，并均與機載測控子系統(tǒng)3電信號連接，接受 機載測控子系統(tǒng)3的控制。懸浮式航空器在空中懸停，就必需克服飛行的總阻力，而總阻力等于頭錐、 航空器機身、尾翼阻力等之和。根據(jù)流體力學(xué)原理可知，懸浮式航空器在飛行 中的阻力與阻力系數(shù)、空氣密度、運動速度、物體的表面積有關(guān)。所以懸浮式 航空器要有良好的氣動外觀、光滑的殼體，影響航空器飛行的主要因素是氣動阻力，提供動力是發(fā)動機，發(fā)動機提供的功率必需大于所有的氣動阻力，才能 保證航空器飛行。懸浮式航空器另一部分動力是靠氦氣的浮力升空，懸浮式航空器的升降是 不會導(dǎo)致氣囊內(nèi)氦氣的損失。它是靠調(diào)節(jié)藏在大的氦氣氣囊內(nèi)的副氣囊來調(diào)節(jié) 作緩慢升降的。副氣囊內(nèi)裝的是零成本的空氣。當(dāng)副氣囊中的空氣放出，氦氣 氣囊膨脹，懸浮式航空器就會上升了，反之，則下降。另外懸浮式航空器還裝有前傾轉(zhuǎn)旋風(fēng)機與后旋風(fēng)機能共同產(chǎn)生向上的升 力，帶動懸浮式航空器垂直起飛或降落。風(fēng)機在升降過程中協(xié)調(diào)控制，讓機身 作出轉(zhuǎn)向、側(cè)移等動作。懸浮式航空器的重量由主翼承擔(dān)，懸浮式航空器在懸 浮狀態(tài)時，發(fā)動機可停轉(zhuǎn)不再消耗燃油，它只在拍攝角度需要快速升降、俯沖 時啟動，因此可長時間執(zhí)行空中任務(wù)。本實用新型所提供的航空器主體1設(shè)有滑橇、旋翼、尾槳、傳動裝置、自 動傾斜控制器、變距舵機、油門舵機、航向舵機，并均與機載測控子系統(tǒng)3電 信號連接，接受機載測控子系統(tǒng)3的控制；所述的發(fā)動機安裝在航空器主體1 機身的后部；所述的自動傾斜控制器安裝在航空器主體1機身內(nèi)主軸的下方； 所述的變距舵機和油門舵機安裝在發(fā)動機的前方；所述的航向舵機設(shè)置在航空 器主體l機身的底部。懸浮式航空器機身組成部分還有滑橇、旋翼、尾槳、和傳動裝置、自動傾 斜控制器、變距舵機、油門舵機、航向舵機和發(fā)動機，發(fā)動機安裝在航空器機 身的后部，用于提供動力，自動傾斜器安裝在機身內(nèi)主軸的下方，變距舵機和 油門舵機安裝在發(fā)動機的前方，航向舵機設(shè)置在機身的底部。本實用新型所提供的機載測控子系統(tǒng)3設(shè)有飛行控制計算機6、空間位置傳 感器7、空間姿態(tài)傳感器8、舵機驅(qū)動器9、遙控與飛控切換裝置IO、無線電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備ll。懸浮式航空器飛行控制計算機6是航空器的中央控制單元，負(fù)責(zé)航空器上各個單元的協(xié)調(diào)工作，并與地面站12之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時根據(jù)控制算法和 地面站12的命令，保持航空器以一定的姿態(tài)飛行。飛行控制計算機處理器可選 擇功耗低，運算速度快，有多路數(shù)字總線和模擬采樣通道的單片機芯片，特點 是滿足航空器實時控制的需要，以實現(xiàn)"無逢"控制。本實用新型提供的空間位置傳感器7為GPS接收機；所述的空間姿態(tài)傳感器8為電子羅盤；所述的舵機驅(qū)動器9為角度位置伺服的驅(qū)動器；所述的無線電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備11為數(shù)傳電臺。本實用新型所提供的系統(tǒng)由飛行控制計算機、GPS接收機、電子羅盤、舵機驅(qū)動器、"蜘蛛眼"、遙控與飛控切換裝置與無線電網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等部分組成， 負(fù)責(zé)傳送航空器飛行狀態(tài)指令的部分和圖像傳送的數(shù)字信息處理系統(tǒng)都可通過 自制或購買半成品完成在本實用新型中的二次開發(fā)。 系統(tǒng)上述組成部分的工作原理及功能如下-1、 飛行控制計算機負(fù)責(zé)航空器上各個控制單元的協(xié)調(diào)管理工作，并與地 面站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2、 空間位置傳感器(即GPS接收機Crescent OEM空中流動站與GPS接 收機Crescent OEM地面基站)GPS接收器是用來獲得地面上的定位坐標(biāo)，一 般來說至少需要4個衛(wèi)星信號才能保證GPS工作，其中三個用來確定GPS接收 器的緯度、經(jīng)度和海拔高度，第四個則提供同步校正時間。3、 空間姿態(tài)傳感器(電子羅盤HoneywellHMR3300):電子羅盤由三維磁阻 傳感器、兩個傾角傳感器和MCU構(gòu)成。地球上每個地方的地磁場都有固定的方 向和大小。線性霍爾元件可以檢測地磁場的大小和方向。因此，線性霍爾元件可用來制作電子羅盤，也可根據(jù)實際需要制作指南針或指北針。
4、 舵機驅(qū)動器(5510+5220舵機驅(qū)動板)舵機驅(qū)動器是一種位置(角度)
伺服的驅(qū)動器，適用于伺服馬達(dá)需要控制角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。
5、 遙控與飛控切換裝置實現(xiàn)遙控及飛控的切換。
6、 DTR900—FC數(shù)傳電臺擔(dān)任GPS接收機Crescent OEM空中流動站 與GPS接收機Crescent OEM地面基站之間的通信。
4、 MaxStreamXEB-09數(shù)傳電臺擔(dān)任飛控計算機與地面監(jiān)控計算機之間的 通信。無線數(shù)傳電臺在使用中，頻率設(shè)置工作由電臺內(nèi)的微控制器來擔(dān)當(dāng)。加 電后電臺先處于接收狀態(tài)，天線接收的射頻信號經(jīng)放大，混頻，檢波后，由發(fā) 射端發(fā)出數(shù)字信號。
本實用新型所提供的機載攝像設(shè)備5的結(jié)構(gòu)為蜘蛛眼式的攝像頭，其結(jié)構(gòu) 為多個沿弧面上不同角度分布的、由萬向關(guān)節(jié)在航空器主體1上固定支承的微 型攝像頭。
本實用新型的構(gòu)成實質(zhì)上分為航空器和"蜘蛛眼"兩部分，對微小型空中 "蜘蛛眼"研究是基于從仿生學(xué)角度結(jié)合"蜘蛛眼"空中特點而開展的匹配研 究；基于懸浮式航空"蜘蛛眼"研究項目是對微小型空中"蜘蛛眼"研究的回 饋研究，使研究工作形成閉環(huán)研究。
本實用新型中所述的蜘蛛眼式的攝像頭為數(shù)字式攝像頭?；蛘?，所述的蜘 蛛眼式的攝像頭為模擬式攝像頭。
本實用新型提供的微小型空中"蜘蛛眼"，從仿生學(xué)角度看蜘蛛眼睛在頭部 的前方，大部分蜘蛛有8只大小不一的眼睛，有一些蜘蛛是6只眼睛，或12個 只眼睛，眼睛分為夜眼和晝眼，它的眼睛結(jié)構(gòu)決定著它的視野要比人類要大很 多，基于蜘蛛眼睛的上述原理，"蜘蛛眼"研究主要是實現(xiàn)在任何一點的任何方向?qū)ε臄z對象進(jìn)行快速拍攝，鏡頭的快速轉(zhuǎn)變，對拍攝對象進(jìn)行上下左右前后 拍攝，以擴大攝像機的拍攝視角。因此多攝像頭、多角度拍攝將是本項目研究 的重要內(nèi)容之一，另外對微小型空中"蜘蛛眼"研究是基于對晝夜型攝像、低 照度攝像、超感度攝像的基礎(chǔ)研究。本實用新型所提供的機載測控子系統(tǒng)3和地面測控子系統(tǒng)4之間設(shè)有兩條 無線數(shù)據(jù)信息通道其中一條用于傳送由機載攝像設(shè)備5所獲取的影像信號； 另一條負(fù)責(zé)傳送航空器主體1的飛行狀態(tài)和控制指令。整個系統(tǒng)分為機載部分和地面部分，機載部分負(fù)責(zé)維持懸浮式航空器的穩(wěn) 定飛行并提供圖像信息給地面部分，地面部分根據(jù)懸浮式航空器的狀態(tài)以及得 到的圖像信息作出下一步飛行的目標(biāo)規(guī)劃并發(fā)送給機載部分，地面部分與機載 部分之間有兩條數(shù)據(jù)信息通道其中一條負(fù)責(zé)傳送圖像； 一條負(fù)責(zé)傳送飛行狀態(tài) 和指令。所述的地面測控子系統(tǒng)4設(shè)有地面站12和圖像處理平臺13，所述的地面站 與機載測控子系統(tǒng)3進(jìn)行通訊，發(fā)送控制命令并獲得航空器主體1狀態(tài)信息； 所述的圖像處理平臺獲取機載攝像設(shè)備5發(fā)回的影像并進(jìn)行處理，搜尋并確定拍攝目標(biāo)。地面部分可以分為地面站12和圖像處理平臺13，前者與機載飛行控制器通 訊以發(fā)送控制命令并獲得懸浮式航空器狀態(tài)信息，后者獲取機載攝像頭的圖像 并做處理以搜尋拍攝目標(biāo)。懸浮式航空器控制模型較為復(fù)雜，而且通道之間存 在耦合，如果考慮復(fù)雜情況則對航空器控制較難實現(xiàn)，所以在本課題中采用PID 控制器分通道進(jìn)行控制，為了解決非線性問題，采取不同狀態(tài)下選用不同參數(shù) 的控制方法。將懸浮式航空器飛行狀態(tài)劃為起飛、降落、懸停、向左、向右等 飛控狀態(tài)，在不同飛控狀態(tài)下設(shè)定不同的控制目標(biāo)值。例如，懸停狀態(tài)高度設(shè)定為固定值，俯仰、滾轉(zhuǎn)以及偏航的角度都設(shè)置為零，利用四個不同的控制器 分通道控制，使得懸浮式航空器姿態(tài)達(dá)到設(shè)定值。航空器以偏航方向的控制對 象為例，其偏航方向控制框圖如圖1所示。發(fā)送控制命令的系統(tǒng)飛控軟件設(shè)計要求如下1、 飛控計算機系統(tǒng)通電后，程序進(jìn)行初始化設(shè)置，包括位置信息(GPS)與 姿態(tài)信息(電子羅盤)的初始化設(shè)置，當(dāng)系統(tǒng)完成初始化設(shè)置后，系統(tǒng)控制部分便 作好準(zhǔn)備，等待接收下一指令。2、 地面監(jiān)控計算機發(fā)送一個飛行指令設(shè)定高度，并發(fā)送至飛行控制計算機 中，作為指揮員的期待高度，飛行器得到當(dāng)前高度值，并時刻與該設(shè)定高度值 作比較，并及時調(diào)整已達(dá)到"指令飛行"的目的。3、 系統(tǒng)中應(yīng)用軟件按照各功能要求不同，將懸浮式航空器飛行狀態(tài)規(guī)劃為 起飛、降落、懸停、向左、向右等飛控狀態(tài)，按照在不同飛控狀態(tài)下設(shè)定不同 的控制目標(biāo)值。設(shè)計成邏輯程序應(yīng)用于飛行器姿態(tài)控制程序中，要經(jīng)反復(fù)調(diào)試至直合格為止。例如初始化CPD4紅外線自動平衡儀，可以把懸浮式航空器橫倒在地面上，啟動紅外線自動平衡儀，再扶正懸浮式航空器，接下來遙控懸浮式航空器飛到一定高度后降落回地面，CPD4紅外線自動平衡儀初始化工作便靠 成功；同樣對懸浮式航空器控制系統(tǒng)加電，可完成GPS與電子羅盤的初始化； 操作無線電遙控器上的開關(guān)通道(GEAR)把控制權(quán)交給"自主飛行控制器"， 無線電遙控器的節(jié)氣門舵機位置便可保持不變；給地面GPS接收機Crescent OEM基站輸入差分命令，啟動GPS差分工作；地面監(jiān)控計算機發(fā)出起飛指令， 讓懸浮式航空器飛到指定的高度懸停；地面監(jiān)控計算機發(fā)出航線飛行指令，懸 浮式航空器就會在"自主飛行控制器"的控制下，按照我們規(guī)劃的預(yù)定航跡， 完成自主飛行；返回后的懸浮式航空器，操作無線電遙控器上的開關(guān)通道(GEAR)把控制權(quán)接管過來；操作無線電遙控器，讓懸浮式航空器安全著陸。 本實用新型中懸浮式航空"蜘蛛眼"技術(shù)方案，將其分為懸浮式航空器技 術(shù)和"蜘蛛眼"技術(shù)兩個部分。對懸浮式航空器研究主要是實現(xiàn)小型懸浮式航 空器的任務(wù)規(guī)劃、自主姿態(tài)控制；對"蜘蛛眼"研究主要是實現(xiàn)視頻圖像處理等功能。系統(tǒng)分為機載部分和地面站部分，機載部分負(fù)責(zé)飛機姿態(tài)控制，地面 站部分負(fù)責(zé)任務(wù)規(guī)劃及圖像處理。系統(tǒng)通過自制或購買半成品完成項目的二次 開發(fā)。但懸浮式航空器為了完成自主飛行任務(wù)，需要相關(guān)功能部件協(xié)同工作， 它包括圖像設(shè)備、飛控模塊、高懸度測量、舵機控制、數(shù)據(jù)信息以及航姿等工 作狀態(tài)的信息采集、對執(zhí)行部分控制以及對地面站命令的響應(yīng)等。自主機構(gòu)中 各個功能模塊之間相對獨立，均可單獨完成一定的功能，模塊之間的相互連接 由中央控制單元飛控計算機實現(xiàn)管理，保證了數(shù)據(jù)信息的正確傳輸。項目中對"蜘蛛眼"研究，從仿生學(xué)角度看蜘蛛眼睛在頭部的前方，大部分蜘蛛有8只 大小不一的眼睛，有一些蜘蛛是6只眼睛，或12個只眼睛，眼分夜眼和晝眼， 它的眼睛結(jié)構(gòu)決定著它的視野要比人類要大很多，基于蜘蛛眼睛的上述原理， "蜘蛛眼"研究主要是實現(xiàn)在任何一點的任何方向?qū)ε臄z對象進(jìn)行快速拍攝， 鏡頭的快速轉(zhuǎn)變，對拍攝對象進(jìn)行上下左右前后拍攝，以擴大普通攝像機的拍 攝視角，將懸浮式航空器的技術(shù)和"蜘蛛眼"的技術(shù)結(jié)合在一起，是本實用新 型所要解決的懸浮式航空"蜘蛛眼"的關(guān)鍵。上面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn) 并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的 各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于 其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，由航空器主體(1)和飛行控制系統(tǒng)(2)組成，其特征在于所述的飛行控制系統(tǒng)(2)包括由無線信號連接的機載測控子系統(tǒng)(3)和地面測控子系統(tǒng)(4)；航空器主體(1)上設(shè)有大視距、廣視角的機載攝像設(shè)備(5)，該機載攝像設(shè)備(5)與機載測控子系統(tǒng)(3)電信號連接，并接受其控制；機載攝像設(shè)備(5)通過機載測控子系統(tǒng)(3)向地面測控子系統(tǒng)(4)傳送影像信號。
2、 按照權(quán)利要求l所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特征在于 所述的航空器主體(1)中設(shè)發(fā)動機、主翼、氦氣氣囊、空氣副氣囊、前傾轉(zhuǎn)旋 風(fēng)機和后旋風(fēng)機，并均與機載測控子系統(tǒng)(3)電信號連接，接受機載測控子系 統(tǒng)(3)的控制。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特征在 于所述的航空器主體(1)設(shè)有滑橇、旋翼、尾槳、傳動裝置、自動傾斜控制 器、變距舵機、油門舵機、航向舵機，并均與機載測控子系統(tǒng)(3)電信號連接，接受機載測控子系統(tǒng)(3)的控制；所述的發(fā)動機安裝在航空器主體(1)機身 的后部；所述的自動傾斜控制器安裝在航空器主體(1)機身內(nèi)主軸的下方；所 述的變距舵機和油門舵機安裝在發(fā)動機的前方；所述的航向舵機設(shè)置在航空器 主體(1)機身的底部。
4、 按照權(quán)利要求1或2所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特征在 于所述的機載測控子系統(tǒng)(3)設(shè)有飛行控制計算機(6)、空間位置傳感器(7)、 空間姿態(tài)傳感器(8)、舵機驅(qū)動器(9)、遙控與飛控切換裝置(10)、無線電網(wǎng) 絡(luò)通信設(shè)備(11)。
5、 按照權(quán)利要求4所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特征在于 所述的空間位置傳感器(7)為GPS接收機；所述的空間姿態(tài)傳感器(8)為電子羅盤；所述的舵機驅(qū)動器(9)為角度位置伺服的驅(qū)動器；所述的無線電網(wǎng)絡(luò) 通信設(shè)備(11)為數(shù)傳電臺。
6、 按照權(quán)利要求1或2或5所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特 征在于所述的機載攝像設(shè)備(5)的結(jié)構(gòu)為蜘蛛眼式的攝像頭，其結(jié)構(gòu)為多個沿弧面上不同角度分布的、由萬向關(guān)節(jié)在航空器主體(1)上固定支承的微型攝 像頭。
7、 按照權(quán)利要求6所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特征在于-所述的蜘蛛眼式的攝像頭為數(shù)字式攝像頭。
8、 按照權(quán)利要求6所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其特征在于所述的蜘蛛眼式的攝像頭為模擬式攝像頭。
9、 按照權(quán)利要求1或2或5或7或8所述的懸浮式航空攝像自主飛行器系 統(tǒng)，其特征在于所述的機載測控子系統(tǒng)(3)和地面測控子系統(tǒng)(4)之間設(shè) 有兩條無線數(shù)據(jù)信息通道其中一條用于傳送由機載攝像設(shè)備(5)所獲取的影 像信號；另一條負(fù)責(zé)傳送航空器主體(1)的飛行狀態(tài)和控制指令。
10、 按照權(quán)利要求1或2或5或7或8所述的懸浮式航空攝像自主飛行器 系統(tǒng)，其特征在于所述的地面測控子系統(tǒng)(4)設(shè)有地面站(12)和圖像處理 平臺(13)，所述的地面站與機載測控子系統(tǒng)(3)進(jìn)行通訊，發(fā)送控制命令并 獲得航空器主體(1)狀態(tài)信息；所述的圖像處理平臺獲取機載攝像設(shè)備(5) 發(fā)回的影像并進(jìn)行處理，搜尋并確定拍攝目標(biāo)。
專利摘要本實用新型公開了一種懸浮式航空攝像自主飛行器系統(tǒng)，其中飛行控制系統(tǒng)(2)包括由無線信號連接的機載測控子系統(tǒng)(3)和地面測控子系統(tǒng)(4)；航空器主體(1)上設(shè)有大視距、廣視角的機載攝像設(shè)備(5)，該機載攝像設(shè)備(5)與機載測控子系統(tǒng)(3)電信號連接，并接受其控制；機載攝像設(shè)備(5)通過機載測控子系統(tǒng)(3)向地面測控子系統(tǒng)(4)傳送影像信號。采用上述技術(shù)方案，無需人工直接駕駛航空飛行器升空，采用懸浮式航空攝像自主飛行器，做到在空中長時間地工作，輕便靈活、控制自如、定位準(zhǔn)確，運行范圍大、視距更遠(yuǎn)、視角更廣，影像清晰、逼真。
文檔編號B64D31/00GK201217501SQ20082003656
公開日2009年4月8日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者笛 金 申請人:笛 金