專利名稱：一種用于航模的自動駕駛儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種飛行器用自動駕駛儀，特別涉及用于航模飛行器的自動駕駛儀。
背景技術：
飛行器用自動駕駛儀能在沒有人為干預的情況下，根據自身各種傳感器采集的相關信息， 完成飛行過程中的各種姿勢方位調整和動力控制，以保證飛行器按照既定的飛行參數(shù)飛行。 目前己有的自動駕駛儀基本都是用在戰(zhàn)機，無人機，大型客機以及艦載飛機等大型飛行器上 面，它們的系統(tǒng)非常復雜，安全性要求高，技術通常是保密的，最重要的是這些自動駕駛儀 一般都體積大，重量重，價格昂貴，并不適合航模飛行器的使用。

實用新型內容
為了解決以上現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供一種可用于航模的高度集成化的自動駕駛儀。
本發(fā)明的技術方案為， 一種用于航模的自動駕駛儀，包括微處理器，傳感系統(tǒng)和遙控接 收及控制接口，其中
微處理器帶有飛控數(shù)據處理及模糊控制系統(tǒng)，能準確及時地接收各種遙感遙測數(shù)據，并 通過模糊處理技術對數(shù)據進行處理，確定航模的狀態(tài)并輸出控制信號給航模的動力驅動，方 向舵，尾舵，使航模作出相應的控制動作；
傳感系統(tǒng)包括方位檢測儀，高度檢測儀，速度檢測儀和能量檢測儀。
遙控接收及控制接口同時兼容無線遙控和無級驅動控制接口。普通遙控航模的接收，是 用FM調制接收的，編碼方式是四通道或六通道，輸出的是四或六通道的比例脈沖寬度，而 驅動的無級驅動對應一個脈沖寬度，只是收到的是四通道或六通道混合的數(shù)據，而驅動的是 單一通道的脈寬；與普通遙控航模不同的是自動駕駛儀收到四或六通道的比例控制信號后 還需要根據自身傳感器得到的自身狀態(tài)數(shù)據經計算后發(fā)給相應脈寬控制信號給動力驅動，方 向舵，尾舵等。
方位檢測儀為三軸方向傳感器，它通過感應地球磁場的強度和方向來確定航模本身的方 位，在實際操作中，三軸方向傳感器測定航模在X，Y，Z軸空間中的方位值，并將數(shù)據傳輸?shù)?微處理器中，微處理器將數(shù)據與指令或計算要求的方位值進行比較，用方位差產生相應的控制量給予相應的控制終端，使航模自身方位發(fā)生改變，不斷循環(huán)這個過程，就達到了方位鎖 定和控制的目的。解決了普通航模在空中飛行時，因漂移而改變方位而無法自動糾正，必須
操作者手動修正的問題；三軸方向傳感器相對于飛機上使用的姿態(tài)傳感器，其精度和環(huán)境要
求都不高，相對簡單，重量和成本也較低，比較適合航模使用。
高度檢測儀包括超聲波高度檢測儀和氣壓高度傳感器，主要用于測定和鎖住航模高度。 超聲波高度檢測儀通過向下發(fā)射超聲波，到達地面后又被反射回接收裝置的方式來測定航模 的高度，所使用的超聲波高度檢測儀發(fā)射方向垂直向下，散射角度要求不嚴，優(yōu)選小角度的 發(fā)射和接收探頭，為使產品的重量盡可能的小，首選小體積的收發(fā)一體探頭。超聲波高度檢 測儀會在航模上電初始化時先測出起落架的高度，既可在飛行過程中鎖定飛行高度，還可以 在降落時探知是否已經降落到地面，防止降落時摔機。但是由于超聲波在空氣中的衰減，當 高度超過一定距離時，超聲波檢測會失效，此時則啟動氣壓高度傳感器來檢測高度，氣壓高 度傳感器的量程可以覆蓋整個大氣壓范圍，但不同氣壓環(huán)境對高度測量有影響，地形對相對
高度的測量也有影響，因此，在本實用新型的具體設計中，處于超聲波的有效距離50米以內
時，以超聲波高度檢測儀為主傳感器，當航模高度超過這個距離時，則以氣壓高度傳感器為 主傳感器，輔助以超聲波高度檢測儀的數(shù)據對高度數(shù)據進行修正，以避免地形、氣壓變化造 成的撞機。當然，對于高度不會超過超聲波檢測范圍的航模，為簡化自動駕駛儀，也可以不 使用氣壓高度傳感器。
速度檢測儀可以為定向微波多普勒測速雷達或兩軸超聲波測速儀，它們可分別用于直升 機航模和滑翔機航模。定向微波多普勒測速雷達可以測定航模姿態(tài)和位置的移動速度，它采 用定向收發(fā)天線，發(fā)射頻率和本振頻率不同但都具有高穩(wěn)定性，頻率相差幾到幾百千赫茲， 除可以檢測到航模的移動，還可以檢測到前后左右四個方向的絕對速度，對于直升機航模，
由于直升機航模需要在空中懸停，此時因空氣流動，會發(fā)生空間漂移，采用兩組或四組X軸 和一組或兩組Y軸定向微波多普勒測速雷達鎖定前后和左右兩個方向的速度為零，即可保持
直升機的懸停。通過調節(jié)航模前進或后退的速度，就可以很容易地調節(jié)直升機的姿態(tài)。優(yōu)選 的定向微波多普勒測速雷達可以具有一個微波發(fā)射器，兩個或四個微波接收器或者一個微波 接收器，兩個或四個微波發(fā)射器。定向微波多普勒測速雷達除測速外，還可進行地形跟蹤， 障礙物規(guī)避等。兩軸超聲波測速儀是利用超聲波在空氣中的傳播速度會受氣流影響的原理， 通過檢測超聲波信號來檢測空氣的流速；而滑翔機的水平速度較快，垂直速度較小，在航模 所能承受的環(huán)境中風速比飛行速度小得多，只要測到空氣的平流速度即可間接得到航模的飛 行速度，因此，兩軸超聲波測速儀可以用于檢測滑翔機航模的飛行速度。本實用新型優(yōu)選具 有一個超聲波發(fā)射器和兩個超聲波接收器的兩軸超聲波測速儀，此種測速儀的收發(fā)器件是分開的，保證了超聲波在空氣中能傳播一定的距離；兩個接收器檢測的平均時間用來計算航模 的前進速度，接收時間差用來計算橫向速度。兩軸超聲波測速儀設計簡單，性能穩(wěn)定，價格 便宜。
動力檢測儀主要功能是檢測航模的動力，保證航模飛行的穩(wěn)定安全。在電動航模中，是 電池電量檢測儀；在油動航模中則是油量檢測儀。以電池電量檢測儀為例，在飛行過程中， 電池檢測儀時時監(jiān)測電池電量，并將電池電量數(shù)據傳輸給微處理器，當出現(xiàn)電池電量已經不 足以繼續(xù)飛行，但操作者又沒有指令要求降落時，微處理器會指令系統(tǒng)進入降落模式，在保 證控制正常的情況下，慢慢降低飛行高度，直到平穩(wěn)降落回到地面，并停止各種動作功能， 進入系統(tǒng)待機狀態(tài)。在航模啟動時必須要有足夠的電壓，操作者才可以正常操作飛行，如果 開機時電池電壓不足，則微處理器會根據電池檢測儀的數(shù)據拒絕執(zhí)行任何操作并警示操作者。
為了能適應航模的升級，本實用新型自動駕駛儀還可以包括GPS定位模塊和GSM數(shù)傳 模塊。當航模需要升級為有軍工用途的無人機時，可以通過移動通訊平臺和電子地圖用手機 或具有GSM無線端口的PC等遠端控制平臺實施對航模無人機的控制和導航，真正實現(xiàn)遠程 無人控制。通過GSM通訊，本實用新型的航模在動力允許的情況，可以達到任何有GSM信 號的地方，不再有距離限制。
本實用新型的自動駕駛儀還可以包括微型攝像頭和3G無線數(shù)傳模塊。微型攝像頭可以 是單通道或雙通道攝像頭。通過配制微型攝像頭和3G無線數(shù)傳模塊，可以將航模飛機升級 為小型無人偵察機。它的遠端控制平臺配置為具有3G無線收發(fā)功能的顯示器及相應的控制 操作平臺；微型攝像機將拍攝到的動態(tài)圖像通過機載3G無線數(shù)傳模塊發(fā)回給控制操作平臺 的3G終端，3G終端將接收到的畫面通過終端顯示器顯示出來，控制臺的操作員通過畫面分 析發(fā)出控制指令通過3G無線數(shù)傳模塊再返回給無人機，無人機根據操作指令及自身定位信 息控制相關驅動，使無人機調整自身位置狀態(tài)，讓操作者看到需要進一步了解的地方。在無 人機從起飛到預定位置前，操作者可以直接下達需要位置的GPS坐標給無人機。在到達預定 目標后，可以改為對控制臺的適時操作，以達到遠程現(xiàn)場偵察的目的。
為進一步升級航模的遠程監(jiān)控功能，自動駕駛儀還可以包括電視眼鏡和視覺識別系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)是通過對人眼的動作分析產生操作員所需要的控制指令系統(tǒng)。如轉頭代表轉向， 頭的俯仰代表升降，眼球的轉動代表攝像頭的轉動，目光的夾角可以調焦，在調焦范圍以外 則控制前進后退等。通過一系列操作員的監(jiān)控動作，可調整無人機及攝像頭的動作，使無人 機與人的思維融為一體，從而達到隨心所欲控制無人機的目的。
本實用新型的自動駕駛儀將微處理器，傳感系統(tǒng)和遙控接收及控制接口集成在一塊電路 板上。本實用新型的優(yōu)點1、 本實用新型的自動駕駛儀針對航模的特點，采用多種高度集成化、模塊化的傳感系統(tǒng) 檢測航模飛行的方位、高度、速度和動力情況，微處理器根據傳感系統(tǒng)獲得的數(shù)據進行實時 計算和分析，并通過控制信號調整航模姿態(tài)方位，使航模在沒有人為干預的情況下實現(xiàn)自動 飛行。
2、 本實用新型的自動駕駛儀各部分是相對獨立的模塊，具有一定的可替換性，能夠適應 各種航模類型，同時還保證了系統(tǒng)今后的升級換代。
3、 本實用新型的自動駕駛儀各部分是高度集成小型化設計，保證了對各種航模類型的載 荷適應。
4、 本實用新型的自動駕駛儀將盡可能多的功能模塊集成在一塊電路板上，其體積小、重 量輕、成本低、安裝拆卸簡便，特別適合航模的使用。


圖1是本實用新型實施例1的結構示意圖2是實施例1中的超聲波高度檢測儀9的側面示意圖3是實施例1中的定向微波多普勒測速雷達10的側面示意圖4是實施例1中的定向微波多普勒測速雷達10的正面示意圖5是本實用新型實施例2的結構示意圖6是本實用新型實施例3的結構示意圖
圖7是本實用新型實施例4中的兩軸超聲波測速儀21的正面示意圖。
具體實施方式
根據附圖，具體說明本實用新型的實施例。 實施例1
本實用新型的自動駕駛儀l，用于直升機航模，包括微處理器2，傳感系統(tǒng)3和遙控接收 及控制接口 4，微處理器2帶有飛控數(shù)據處理及模糊控制系統(tǒng)，能接收并處理傳感系統(tǒng)3傳 輸過來的各種數(shù)據，并根據這些數(shù)據發(fā)出控制信號給航模的動力驅動，方向舵和尾舵5，同 時微處理器2也通過遙控接收及控制接口 4接收航模遙控器6發(fā)出的信號數(shù)據。
傳感系統(tǒng)3包括方位檢測系統(tǒng)，高度檢測系統(tǒng)，速度檢測系統(tǒng)和動力檢測系統(tǒng)。
其中方位檢測系統(tǒng)為三軸方向傳感器7，用于檢測和鎖定航模的方位；高度檢測系統(tǒng)為超聲波高度檢測儀9，超聲波高度檢測儀9位于自動駕駛儀1電路板8 的下方，具有收發(fā)一體化探頭91，超聲波92發(fā)射方向為垂直地面S向下，如圖2所示；
速度檢測系統(tǒng)為向下傾斜的定向微波多普勒測速雷達10,位于自動駕駛儀1電路板8的 下方，該定向微波多普勒測速雷達IO可以有一個微波發(fā)射器101,兩個微波接收器102(如 圖3和4)或者四個微波接收器(增加的兩個微波接收器在圖4中標識為104),或者兩個或 四個微波發(fā)射器， 一個微波接收器(未圖示)。微波103的發(fā)射方向也是朝向地面S，定向微 波多普勒測速雷達10能檢測和鎖定前后和左右兩個方向的速度。
動力檢測系統(tǒng)為電池電量檢測儀11，它能實時將電池電量數(shù)據傳輸給微處理器2，當電 池電量已經不足以繼續(xù)飛行時，但操作者又沒有指令時，微處理器2會發(fā)出控制信息指令動 力驅動，方向舵和尾舵6進入降落模式。
實施例2
本實用新型的自動駕駛儀1，用于升級為軍工用途的無人直升偵察機。與實施例2結構 基本相同，在實施例2的基礎上增加了以下模塊
高度檢測系統(tǒng)中除超聲波高度檢測儀9外，還增加了氣壓高度傳感器13，當航模高度超 過超聲波的有效范圍50米時，以氣壓高度傳感器13的數(shù)據為主，同時輔以超聲波高度檢測 儀9的數(shù)據進行修正，以避免地形、氣壓變化造成的數(shù)據誤差。
同時還增加GPS定位模塊14和GSM數(shù)傳模塊15,通過遠端控制平臺16，比如移動通 訊平臺和電子地圖用手機或具有GSM無線端口的PC，可以對航模進行遠程控制，控制權限 由象汽車遙控鎖一樣的識別碼識別。通過GPS接收到的自身位置信息與操作員指令指定的位 置信息傳輸給微處理器2，由微處理器2發(fā)出控制信息控制無人機的飛行，自主駕駛到需要 的目的地。
同時還可以增加微型攝像頭17和3G無線數(shù)傳模塊18，微型攝像頭17可以是單通道或 雙通道攝像頭，微型攝像頭17將拍攝的圖像數(shù)據傳輸?shù)轿⑻幚砥?，微處理器2通過3G無 線數(shù)傳模塊18將圖像數(shù)據發(fā)送給遠端控制平臺16,該平臺16應該具有3G無線收發(fā)功能的 顯示器及相應的控制操作平臺，遠端控制平臺16的操作員對數(shù)據進行處理和分析，再通過 3G無線數(shù)傳模塊18給微處理器2發(fā)出指令，由微處理器2發(fā)出控制信號給航模的動力驅動， 方向舵和尾舵6。
實施例3
為了使無人機的操控更加容易，還可以在上述實施例2的基礎上在遠端控制平臺16中增 加視覺識別系統(tǒng)19，并在遠端控制平臺16上增加一電視眼鏡20，即可使遠端控制平臺16的操作員的眼睛動作成為操控無人機的指令，比如說，當操作員轉頭時，眼睛發(fā)生了轉動，視 覺識別系統(tǒng)19將該人眼動作分析識別為轉向指令，并通過3G無線數(shù)傳模塊18將指令發(fā)給 微處理器2，由微處理器2發(fā)出控制信號給航模的動力驅動，方向舵和尾舵6。
實施例4
本實用新型的自動駕駛儀l，用于滑翔機航模，與實施例2、 3結構基本相同，不同的地 方在于速度檢測系統(tǒng)使用兩軸超聲波測速儀21，它裝在自動駕駛儀l的電路板8上，具有一 個超聲波發(fā)射器211和兩個超聲波接收器212，其檢測面需要水平裸放在空氣中，以保證檢 測數(shù)據的準確性。由于超聲波高度檢測儀9與兩軸超聲波測速儀21都使用超聲波進行檢測， 為了兩者不發(fā)生干擾可以采用兩種方法解決，第一種是兩者選用不同頻率的超聲波；第二種 是采用分時工作，即工作時間不同的方式。
權利要求1.一種用于航模的自動駕駛儀，包括微處理器，傳感系統(tǒng)和遙控接收及控制接口，其特征在于微電腦處理器帶有飛控數(shù)據處理及模糊控制系統(tǒng)；傳感系統(tǒng)包括方位檢測儀，高度檢測系統(tǒng)，速度檢測系統(tǒng)和動力檢測系統(tǒng)。
2. 根據權利要求l所述的自動駕駛儀，其特征在于方位檢測儀為二軸方向傳感器；速度檢測 系統(tǒng)為定向微波多普勒測速雷達或兩軸超聲波測速儀，動力檢測系統(tǒng)為電池電量檢測儀或油 量檢測儀。
3. 根據權利要求2所述的自動駕駛儀，其特征在于所述定向微波多普勒測速雷達具有一個微波發(fā)射器，兩個或四個微波接收器或者兩個或四個微波發(fā)射器， 一個微波接收器；所述兩軸 超聲波測速儀具有一個超聲波發(fā)射器和兩個超聲波接收器。
4. 根據權利要求3所述的自動駕駛儀，其特征在于高度檢測系統(tǒng)為超聲波高度檢測儀。
5. 根據權利要求3所述的自動駕駛儀，其特征在于高度檢測系統(tǒng)為超聲波高度檢測儀和氣壓 高度傳感器。
6. 根據權利要求4或5任一項所述的自動駕駛儀，其特征在于所述超聲波高度檢測儀具有小 體積的收發(fā)一體化探頭。
7. 根據權利要求6所述的自動駕駛儀，其特征在于所述的超聲波高度檢測儀和兩軸超聲波測 速儀設定的超聲波頻率不同或工作時間不同。
8. 根據權利要求7所述的自動駕駛儀，其特征在于還可以包括GPS定位模塊和GSM數(shù)傳模 塊。
9. 根據權利要求8所述的自動駕駛儀，其特征在于還可以包括微型攝像頭和3G無線數(shù)傳模 塊，微型攝像頭可以是單通道或雙通道攝像頭。
10. 根據權利要求9所述的自動駕駛儀，其特征在于還可以包括電視眼鏡及視覺識別系統(tǒng)模 塊。
專利摘要本實用新型公開了一種用于航模的自動駕駛儀，它包括微處理器，傳感系統(tǒng)和遙控接收及控制接口，微處理器帶有飛控數(shù)據處理及模糊控制系統(tǒng)；傳感系統(tǒng)包括方位檢測系統(tǒng)，高度檢測系統(tǒng)，速度檢測系統(tǒng)和動力檢測系統(tǒng)；遙控接收及控制接口為兼容無線遙控和無級驅動控制的接口。本自動駕駛儀針對航模的特點，采用多種高度集成化、模塊化的傳感系統(tǒng)檢測航模飛行的方位、高度、速度和動力情況，微處理器根據傳感系統(tǒng)獲得的數(shù)據進行實時計算和分析，并通過控制信號調整航模姿態(tài)方位，使航模在沒有人為干預的情況下實現(xiàn)自動飛行。自動駕駛儀的這些功能模塊集成在一塊電路板上，體積小、重量輕、成本低、安裝拆卸簡便，特別適合航模的使用。
文檔編號G01C21/00GK201348739SQ200820181139
公開日2009年11月18日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權日2008年12月12日
發(fā)明者宋建明 申請人:宋建明