一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高度在幾十厘米到幾米范圍內(nèi)的超低空等特殊環(huán)境的快速監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]不需要駕駛員駕駛的飛行器被稱(chēng)為無(wú)人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle ,UAV)，也叫做無(wú)人機(jī)，它具備垂直起降和空中懸停的特點(diǎn)，適合在狹小的空間范圍內(nèi)執(zhí)行任務(wù);還可以將航空攝像機(jī)、測(cè)繪儀器和中繼通信節(jié)點(diǎn)以及小型殺傷性武器等裝置搭載到無(wú)人機(jī)上，在人工遙控或自主飛行狀態(tài)下，沿著特定的航線飛行，完成相應(yīng)的任務(wù)。近年來(lái)，對(duì)時(shí)間要求快、距離要求低的環(huán)境監(jiān)測(cè)還缺乏有效的手段。
[0003]微型或小型無(wú)人機(jī)不但機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且飛行機(jī)動(dòng)能力更加靈活。此外，小型六旋翼無(wú)人機(jī)具備更靈活的可操控性，能在小范圍內(nèi)起飛、盤(pán)旋、飛行和著陸，由于其體積小巧、機(jī)動(dòng)性靈活則可以近距離的貼近目標(biāo)區(qū)域。且由于其特殊的機(jī)身機(jī)構(gòu)，貼近地面飛行時(shí)的地面效應(yīng)不明顯，因此它非常適合于飛行高度在幾十厘米到幾米范圍內(nèi)的超低空飛行等特殊場(chǎng)合。
[0004]隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸從軍用過(guò)渡到民用、警用。無(wú)論在氣象勘測(cè)、災(zāi)情調(diào)查、環(huán)境保護(hù)等民用領(lǐng)域，還是針對(duì)追捕逃犯、瓦解恐怖活動(dòng)等的警用領(lǐng)域，都有著很大的需求空間。但是現(xiàn)有大多小型無(wú)人機(jī)技術(shù)尚不能高精度完成在低空飛行、部分山區(qū)等特殊環(huán)境下的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)，環(huán)境適應(yīng)性無(wú)法滿足實(shí)際需要，而低空遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要用于小范圍多次反復(fù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供了一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其采用模塊化設(shè)計(jì)思路，利用北斗雙模差分定位技術(shù)，使無(wú)人機(jī)能在一些高度在幾十厘米到幾米范圍內(nèi)的超低空特殊環(huán)境中實(shí)時(shí)快速監(jiān)測(cè)。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型具體采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括氣壓高度計(jì)、地磁傳感器、陀螺儀、加速度計(jì)、北斗差分定位系統(tǒng)、慣性測(cè)量單元、任務(wù)設(shè)備接口、無(wú)線傳輸模塊、PWM信號(hào)隔離模塊、飛行控制計(jì)算機(jī)、電源模塊以及地面站，所述飛行控制計(jì)算機(jī)分別與氣壓高度計(jì)、地磁傳感器、陀螺儀、加速度計(jì)、北斗差分定位系統(tǒng)、慣性測(cè)量單元以及PWM信號(hào)隔離模塊相連接，所述飛行控制計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊與地面站相連接，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電力支持，所述任務(wù)設(shè)備接口連接于任務(wù)設(shè)備。飛行控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)采集各機(jī)載傳感器的信息；接收機(jī)載無(wú)線電測(cè)控系統(tǒng)傳輸?shù)挠傻孛鏈y(cè)控站上行信道送來(lái)的控制命令及數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)各種飛行模態(tài)的控制律和任務(wù)的管理、控制信號(hào)輸出、狀態(tài)信息發(fā)送等功能。飛控計(jì)算機(jī)要求具有實(shí)時(shí)性、可靠性和嵌入式等特點(diǎn)。實(shí)時(shí)性要求輸入的導(dǎo)航數(shù)據(jù)以最快的速度處理并以最短的延時(shí)輸出控制信號(hào)?？煽啃砸罂垢蓴_能力強(qiáng)，有較寬的工作溫度范圍和抗電磁干擾等。嵌入性要求盡量小、輕的體積重量。
[0008]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣壓高度計(jì)為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航定位的數(shù)字式氣壓傳感器。
[0009]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述地磁傳感器為測(cè)量無(wú)人機(jī)航向的高精度三軸數(shù)字式地磁傳感器，其負(fù)責(zé)測(cè)量飛行器航向。
[0010]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述陀螺儀為測(cè)量無(wú)人機(jī)單位時(shí)間內(nèi)角度變化量的偏航角速度傳感器。
[0011 ]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度計(jì)為測(cè)量無(wú)人機(jī)三維空間域各方向加速度的三軸加速度傳感器，其負(fù)責(zé)測(cè)量飛行器三維空間域各方向的加速度。
[0012]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述任務(wù)設(shè)備包括航拍設(shè)備、氣體檢測(cè)儀、氣象參數(shù)檢測(cè)儀。
[0013]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述PWM信號(hào)隔離模塊配置有6個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)，通過(guò)調(diào)整電壓大小從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以控制無(wú)人機(jī)飛行速度。
[0014]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述北斗差分定位系統(tǒng)包括GPS接收機(jī)、GPS天線以及北斗二代，所述GPS接收機(jī)與飛行控制計(jì)算機(jī)相連接，所述北斗二代通過(guò)GPS天線與GPS接收機(jī)相連接。
[0015]前述的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)人機(jī)為小型多旋翼式無(wú)人飛行器。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型提供的一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，飛行機(jī)動(dòng)能力更加靈活。且無(wú)人機(jī)體積小巧，可以近距離的貼近目標(biāo)區(qū)域，彌補(bǔ)在復(fù)雜的隧道、山林等超低空環(huán)境下機(jī)器人監(jiān)測(cè)車(chē)等靈敏性不足的問(wèn)題;此外，北斗/GPS雙模系統(tǒng)不僅精度高，而且北斗還具有在特殊環(huán)境下短報(bào)文通信功能，可彌補(bǔ)在十幾厘米的低空、部分山區(qū)等復(fù)雜環(huán)境下受外界干擾或通信徹底中斷等問(wèn)題，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型的氣壓計(jì)數(shù)據(jù)處理框圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型的氣壓高度計(jì)原理圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型的地磁傳感器原理圖；
[0021 ]圖5為本實(shí)用新型的加速度計(jì)原理圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型的陀螺儀原理圖。
[0023]附圖標(biāo)記含義如下:
[0024]I:氣壓高度計(jì);2:地磁傳感器;3:陀螺儀;4:加速度計(jì);5:北斗差分定位系統(tǒng);6:慣性測(cè)量單元;7:任務(wù)設(shè)備接口； 8:無(wú)線傳輸模塊;9: PffM信號(hào)隔離模塊;10:飛行控制計(jì)算機(jī)；11:電源模塊;12:地面站。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0026]如圖1所示，一種低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，包括分別為無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)提供高度、姿態(tài)角、角速度、加速度數(shù)據(jù)信息的氣壓高度計(jì)1、地磁傳感器2、陀螺儀3、加速度計(jì)4、為無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)提供三維位置及時(shí)間數(shù)據(jù)的北斗差分定位系統(tǒng)5、實(shí)時(shí)提供姿態(tài)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)的慣性測(cè)量單元6(頂U(kuò))、與任務(wù)設(shè)備相連接的任務(wù)設(shè)備接口 7、保障無(wú)人機(jī)與地面站間良好通信的無(wú)線傳輸模塊8、可通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速控制無(wú)人機(jī)各飛行動(dòng)作的PffM信號(hào)隔離模塊9、控制無(wú)人機(jī)完成導(dǎo)航、計(jì)劃任務(wù)的飛行控制計(jì)算機(jī)10、為整個(gè)系統(tǒng)提供電力支持的電源模塊11以及與無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)交換姿態(tài)以及位置等相關(guān)信息的地面站12，所述飛行控制計(jì)算機(jī)10分別與氣壓高度計(jì)1、地磁傳感器2、陀螺儀3、加速度計(jì)4、北斗差分定位系統(tǒng)5、慣性測(cè)量單元6以及PffM信號(hào)隔離模塊9相連接，所述飛行控制計(jì)算機(jī)10通過(guò)無(wú)線傳輸模塊8與地面站12相連接。其中，所述氣壓高度計(jì)I為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航定位的數(shù)字式氣壓傳感器，所述地磁傳感器2為測(cè)量無(wú)人機(jī)航向的高精度三軸數(shù)字式地磁傳感器，所述陀螺儀3為測(cè)量無(wú)人機(jī)單位時(shí)間內(nèi)角度變化量的偏航角速度傳感器，所述加速度計(jì)4為測(cè)量無(wú)人機(jī)三維空間域各方向加速度的三軸加速度傳感器，與上述地磁傳感器2結(jié)合使用，能精確羅盤(pán)航向信息。所述任務(wù)設(shè)備接口可搭載的任務(wù)設(shè)備包括有航拍設(shè)備、氣體檢測(cè)儀、氣象參數(shù)檢測(cè)儀等多個(gè)設(shè)備，采集多種所需參數(shù)信息，所述無(wú)線傳輸模塊是飛行器系統(tǒng)的重要組成部分，無(wú)人機(jī)與地面站間即通過(guò)無(wú)線傳輸部分進(jìn)行通信，交換飛行姿態(tài)和位置等信息。此外，所述地面站包括有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、遙控器。所述PWM信號(hào)隔離模塊9即為PffM信號(hào)隔離驅(qū)動(dòng)電機(jī)，配置有6個(gè)直流無(wú)刷電機(jī)。進(jìn)一步的，所述北斗差分定位系統(tǒng)5包括GPS接收機(jī)、GPS天線以及北斗二代，所述GPS接收機(jī)與飛行控制計(jì)算機(jī)10相連接，所述北斗二代通過(guò)GPS天線與GPS接收機(jī)相連接，充分利用GPS的定位功能與北斗的短報(bào)文通信功能。所述飛行控制計(jì)算機(jī)是飛行的中央控制單元，負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)各部件單元之間的協(xié)調(diào)工作并與地面控制站之間進(jìn)行通信。該低空環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中使用的無(wú)人機(jī)為小型多旋翼式無(wú)人飛行器。
[0027]進(jìn)一步的，氣壓高度計(jì)的輸出為表征氣壓大小的數(shù)字量，主處理器以50HZ的頻率對(duì)氣壓計(jì)和來(lái)自從板的加速度信號(hào)進(jìn)行采樣。圖2為氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)處理圖。由于傳感器所固有的漂移現(xiàn)象和高頻噪音的存在，僅由氣壓計(jì)或加速度傳感器得到的數(shù)據(jù)值距離真實(shí)的數(shù)據(jù)值誤差較