CN106406335A - 一种机电一体化无人机定位用方位调整系统及调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了机电一体化技术领域的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统及调整方法，包括中央处理器，所述中央处理器分别电性双向连接数据采集系统和数据分析系统，所述数据采集系统包括环境数据采集子系统和无人机飞行数据采集子系统，所述数据分析系统包括环境数据分析子系统和飞行数据分析子系统，所述中央处理器电性输出连接远程遥控系统，本发明的无人机定位用方位调整系统及调整方法可以很好的保持无人机按照预定飞行计划飞行，并且能根据地面指令及时调整姿态和飞行，对自然环境对无人机的扰动具有抗干扰性，能及时从扰动中调整和恢复正常飞行，从而使得无人机飞行的更加平稳，更好的去执行工作。
Description
技术领域
本发明涉及光机电一体化技术领域，具体为一种机电一体化无人机定位用方位调整系统及调整方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，这是一个广泛的定义，现在的无人机大多指的是通过操作人员在地面对飞行器进行飞行操作的装置，它包括飞行器和地面操作设备，无人机在室外进行飞行时，由于室外的环境比较复杂，容易导致飞行器飞行航线发生偏移，无法完成正常的工作，甚至由于自然环境的影响造成无人机飞行姿态不稳而发生坠机的情况，这样就需要对无人机飞行时进行定位调整，定位技术是无人机飞行的关键技术之一，使无人机在空中按既定航线或既定姿态飞行、无人机稳定悬停(在任意风速下保持相对位置不变)以及完成既定动作等，都离不开定位技术，室外的无人机定位有多种方案，包括基于GPS等卫星导航的定位，基于某特定信号源的跟踪定位(如设置手环信号源，无人机检测手环信号源的相对位置实现相对位置定位)，为此，我们提出一种机电一体化无人机定位用方位调整系统及调整方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机电一体化无人机定位用方位调整系统及调整方法，以解决上述背景技术中提出的为了保持使无人机在空中按既定航线或既定姿态飞行、无人机稳定悬停(在任意风速下保持相对位置不变)以及完成既定动作等的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，包括中央处理器，所述中央处理器分别电性输出连接报警单元和显示单元，所述中央处理器分别电性双向连接数据采集系统和数据分析系统，所述数据采集系统包括环境数据采集子系统和无人机飞行数据采集子系统，所述数据分析系统包括环境数据分析子系统和飞行数据分析子系统，所述中央处理器电性输出连接远程遥控系统，所述中央处理器电性输入连接输入单元。
优选的，所述环境数据采集子系统包括数据采集单元，所述数据采集单元分别电性输出连接温度传感器、湿度传感器、大气压传感器和风力传感器，所述数据采集单元电性输出连接处理器，所述处理器电性输出连接滤波单元，所述滤波单元电性输出连接A/D转换单元，所述A/D转换单元电性输出连接环境数据存储单元。
优选的，所述无人机飞行数据采集子系统包括信息采集单元，所述信息采集单元分别电性输入连接GPS单元、姿态传感器、速度传感器和三轴磁航向传感器，所述信息采集单元电性输出连接微处理器，所述微处理器电性输出连接感应信号放大单元，所述感应信号放大单元电性输出连接感应信号检测单元，所述感应信号检测单元电性输出连接飞行数据存储单元。
优选的，所述环境数据分析子系统包括数据提取单元，所述数据提取单元电性输出连接数据分析单元，所述数据分析单元电性输出连接控制器，所述控制器电性输出连接对比单元，所述对比单元电性输出连接判断推理单元，所述判断推理单元电性输出连接信息反馈单元。
优选的，所述飞行数据分析子系统包括数据筛选单元，所述数据筛选单元电性输出连接数据处理单元，所述数据处理单元电性输出连接服务器，所述服务器电性输出连接数据反馈单元，所述服务器电性输出连接数学运算单元。
优选的，所述远程控制系统包括控制信息输入单元，所述控制信息输入单元电性输出连接无线数据处理单元，所述无线数据处理单元电性输出连接无线数据发射单元，所述无线数据发射单元电性输出连接无线数据接收单元，所述无线数据接收单元电性输出连接无人机系统芯片。
优选的，所述姿态传感器为相同结构的三组，且姿态传感器为红外姿态传感器。
优选的，所述显示单元包括无人机飞行模拟仿真平台。
优选的，该基于无人机定位用方位调整方法包括如下步骤：
S1：数据采集：通过数据采集系统对无人机飞行时所处的环境数据和无人机飞行时位置和偏角信息进行采集，并将采集来的数据进行存储；
S2：数据分析：通过数据分析系统对数据采集系统采集来的数据进行数据分析和整理；
S3：调整无人机位置：通过数据分析和整理所得的无人机的位置信息，再通过远程遥控系统来进行对无人机的位置进行调整，使无人机在指定的高度和位置进行飞行；
S4：调整无人机仰俯角：通过数据分析和整理所得的无人机的仰俯角信息，再通过远程遥控系统来进行对无人机的仰俯角进行调整；
S5：调整无人机滚转角：通过数据分析和整理所得的无人机的滚转角信息，再通过远程遥控系统来进行对无人机的滚转角进行调整；
S6：调整无人机偏航角：通过数据分析和整理所得的无人机的偏航角信息，再通过远程遥控系统来进行对无人机的偏航角进行调整。
优选的，所述步骤S2分析和处理所得的数据至少包括无人机飞行位置的经度和维度、无人机飞行时的航偏角、无人机飞行时的仰俯角、无人机飞行时的滚转角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的无人机定位用方位调整系统及调整方法可以很好的保持无人机按照预定飞行计划飞行，并且能根据地面指令及时调整姿态和飞行，对自然环境对无人机的扰动具有抗干扰性，能及时从扰动中调整和恢复正常飞行，从而使得无人机飞行的更加平稳，更好的去执行工作。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明环境数据采集子系统原理框图；
图3为本发明无人机飞行数据采集子系统原理框图；
图4为本发明环境数据分析子系统原理框图；
图5为本发明飞行数据分析子系统原理框图；
图6为本发明远程遥控系统原理框图；
图7为本发明无人机飞行调整方法流程图；
图8为本发明姿态传感器结构示意图。
图中：1中央处理器、2报警单元、3显示单元、4数据采集系统、41环境数据采集子系统、411数据采集单元、412温度传感器、413湿度传感器、414大气压传感器、415风力传感器、416处理器、417滤波单元、418 A/D转换单元、419环境数据存储单元、42无人机飞行数据采集子系统、421信息采集单元、422 GPS单元、423姿态传感器、424速度传感器、425三轴磁航向传感器、426微处理器、427感应信号放大单元、428感应信号检测单元、429飞行数据存储单元、5数据分析系统、51环境数据分析子系统、511数据提取单元、512数据分析单元、513控制器、514对比单元、515判断推理单元、516信息反馈单元、52飞行数据分析子系统、521数据筛选单元、522数据处理单元、523服务器、524数据反馈单元、526数学运算单元、6远程遥控系统、61控制信息输入单元、62无线数据处理单元、63无线数据发射单元、64无线数据接收单元、65无人机系统芯片、7输入单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，包括中央处理器1，中央处理器1分别电性输出连接报警单元2和显示单元3，中央处理器1分别电性双向连接数据采集系统4和数据分析系统5，数据采集系统4包括环境数据采集子系统41和无人机飞行数据采集子系统42，述数据分析系统5包括环境数据分析子系统51和飞行数据分析子系统52，中央处理器1电性输出连接远程遥控系统6，中央处理器6电性输入连接输入单元7，数据采集系统4通过环境数据采集子系统41和无人机飞行数据采集子系统42分别对无人机飞行时所处位置的环境数据和无人机飞行时位置和偏角信息进行采集，数据分析系统5对采集来的数据进行分析，数据分析系统5通过环境数据分析子系统51对环境数据采集子系统41采集来的数据进行分析，飞行数据分析子系统52对无人机飞行数据采集子系统42采集来的数据进行数据分析，数据分析系统5分析得到的数据和信息反馈给中央处理器1，中央处理器1控制显示单元3将分析后的数据展现出来，若无人机运行出现异常，报警单元2会发出报警信号，对操作人员进行提醒，工作人员通过远程遥控系统6对无人机飞行的航向、高度、姿态进行调整，通过输入单元7输入数据对比所需的基准值。
其中，环境数据采集子系统41包括数据采集单元411，数据采集单元411分别电性输出连接温度传感器412、湿度传感器413、大气压传感器414和风力传感器415，数据采集单元411电性输出连接处理器416，处理器416电性输出连接滤波单元417，滤波单元417电性输出连接A/D转换单元418，A/D转换单元418电性输出连接环境数据存储单元419，温度传感器412、湿度传感器413、大气压传感器414和风力传感器415分别对无人机飞行时周围环境的温度、湿度、大气压和风速进行感应，数据采集单元411分别对温度传感器412、湿度传感器413、大气压传感器414和风力传感器415感应的数据进行采集，采集后的数据通过处理器416传递给滤波单元417进行滤波处理，使得采集来的数据更具准确性，滤波后的数据通过A/D转换单元418进行数据转换，使得采集的数据被转换成易于存储和传输的数据形式；
无人机飞行数据采集子系统42包括信息采集单元421，信息采集单元421分别电性输入连接GPS单元422、姿态传感器423、速度传感器425和三轴磁航向传感器425，信息采集单元421电性输出连接微处理器426，微处理器426电性输出连接感应信号放大单元427，感应信号放大单元427电性输出连接感应信号检测单元428，感应信号检测单元428电性输出连接飞行数据存储单元429，GPS单元422、姿态传感器423、速度传感器425和三轴磁航向传感器425分别对无人机飞行时的位置的精纬度、姿态、速度和航向进行感应，信息采集单元421分别对GPS单元422、姿态传感器423、速度传感器425和三轴磁航向传感器425感应到的数据进行采集，采集后的数据通过微处理器426传递给感应信号放大单元427进行信号放大处理，便于后期对数据的筛分，放大后的数据通过感应信号检测单元428进行感应信号检测，使得采集来的数据的准确性更加可靠，最后通过飞行数据存储单元429对采集来的数据进行存储；
环境数据分析子系统51包括数据提取单元511，数据提取单元511电性输出连接数据分析单元512，数据分析单元512电性输出连接控制器513，控制器513电性输出连接对比单元514，对比单元514电性输出连接判断推理单元515，判断推理单元515电性输出连接信息反馈单元516，数据提取单元511对环境数据采集子系统41采集来的数据进行提取，提取来的数据通过数据分析单元512进行数据分析，数据分析的方式是提取数据中的峰值，即数据中的最大值和最小值，取得峰值进行后续数据分析工作，分析后的数据通过控制器513传递给对比单元514进行对比，对比单元514将分析所得的最大值和最小值分别与输入的无人机飞行时正常的飞行环境的数据基准值范围的最大值和最小值进行对比；
飞行数据分析子系统52包括数据筛选单元521，数据筛选单元521电性输出连接数据处理单元522，数据处理单元522电性输出连接服务器523，服务器523电性输出连接数据反馈单元524，服务器523电性输出连接数学运算单元525，数据筛选单元521对无人机飞行数据采集子系统42采集来的数据进行筛选，筛选所得的数据通过数据处理单元522进行数据处理，数据处理的方式是将多次采集来的数据进行平均值运算，取得其平均值进行后续数据分析工作，处理后的数据通过服务器523控制数学运算单元525进行数学运算，将采集来的数据与输入的数据基准值进行运算处理，从而计算出航偏角、滚转角、仰俯角，计算得出的数据通过数据反馈单元524反馈给中央处理器1进行后续处理；
远程控制系统6包括控制信息输入单元61，控制信息输入单元61电性输出连接无线数据处理单元62，无线数据处理单元62电性输出连接无线数据发射单元63，无线数据发射单元63电性输出连接无线数据接收单元64，无线数据接收单元64电性输出连接无人机系统芯片65，通过控制信息输入单元61输入对无人机进行调整控制的信息，输入的调整控制信息通过无线数据处理单元62进行数据处理，处理的方式是对输入的信息进行转换和信号加强，使得输入的数据信息变得更加便于无线传输，处理后的数据通过无线数据发射单元63进行发送，无人机上的无线数据接收单元64对发送来的数据进行接收，并且将其传递给无人机系统芯片65进行调整处理；
姿态传感器423为相同结构的三组，且姿态传感器423为红外姿态传感器，由于天空和大地之间的温差，它们的红外辐射波长有差别，系统采用的红外传感器对8～15μm波段的红外辐射敏感，这正是天空和大地的一般热辐射波长，因此传感器不会被过热(如太阳)或过低温度的物体影响，由一对热电堆产生的反向电压经过放大器放大，再经过模数转换，即可显示为代表无人机某一方向姿态角的数值，一般采用三对红外传感器，其中垂直方向传感器的作用是初始化天空与大地的温差，以确定水平方向传感器的计算比例，水平方向则有横向和径向两对传感器，分别计算滚转和俯仰角度；
显示单元3包括无人机飞行模拟仿真平台，飞行仿真平台实时观测飞行器的位置、俯仰角、滚转角、偏航角等信息，平台负责飞行中对无人机进行实时控制和监测；
一种机电一体化无人机定位用方位调整方法，该基于无人机定位用方位调整方法包括如下步骤：
S1：数据采集：通过数据采集系统4对无人机飞行时所处的环境数据和无人机飞行时位置和偏角信息进行采集，并将采集来的数据进行存储；
S2：数据分析：通过数据分析系统5对数据采集系统4采集来的数据进行数据分析和整理，步骤S2分析和处理所得的数据至少包括无人机飞行位置的经度和维度、无人机飞行时的航偏角、无人机飞行时的仰俯角、无人机飞行时的滚转角；
S3：调整无人机位置：通过数据分析和整理所得的无人机的位置信息，再通过远程遥控系统6来进行对无人机的位置进行调整，使无人机在指定的高度和位置进行飞行；
S4：调整无人机仰俯角：通过数据分析和整理所得的无人机的仰俯角信息，再通过远程遥控系统6来进行对无人机的仰俯角进行调整；
S5：调整无人机滚转角：通过数据分析和整理所得的无人机的滚转角信息，再通过远程遥控系统6来进行对无人机的滚转角进行调整；
S6：调整无人机偏航角：通过数据分析和整理所得的无人机的偏航角信息，再通过远程遥控系统6来进行对无人机的偏航角进行调整。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，包括中央处理器(1)，其特征在于：所述中央处理器(1)分别电性输出连接报警单元(2)和显示单元(3)，所述中央处理器(1)分别电性双向连接数据采集系统(4)和数据分析系统(5)，所述数据采集系统(4)包括环境数据采集子系统(41)和无人机飞行数据采集子系统(42)，所述数据分析系统(5)包括环境数据分析子系统(51)和飞行数据分析子系统(52)，所述中央处理器(1)电性输出连接远程遥控系统(6)，所述中央处理器(6)电性输入连接输入单元(7)。
2.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述环境数据采集子系统(41)包括数据采集单元(411)，所述数据采集单元(411)分别电性输出连接温度传感器(412)、湿度传感器(413)、大气压传感器(414)和风力传感器(415)，所述数据采集单元(411)电性输出连接处理器(416)，所述处理器(416)电性输出连接滤波单元(417)，所述滤波单元(417)电性输出连接A/D转换单元(418)，所述A/D转换单元(418)电性输出连接环境数据存储单元(419)。
3.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述无人机飞行数据采集子系统(42)包括信息采集单元(421)，所述信息采集单元(421)分别电性输入连接GPS单元(422)、姿态传感器(423)、速度传感器(425)和三轴磁航向传感器(425)，所述信息采集单元(421)电性输出连接微处理器(426)，所述微处理器(426)电性输出连接感应信号放大单元(427)，所述感应信号放大单元(427)电性输出连接感应信号检测单元(428)，所述感应信号检测单元(428)电性输出连接飞行数据存储单元(429)。
4.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述环境数据分析子系统(51)包括数据提取单元(511)，所述数据提取单元(511)电性输出连接数据分析单元(512)，所述数据分析单元(512)电性输出连接控制器(513)，所述控制器(513)电性输出连接对比单元(514)，所述对比单元(514)电性输出连接判断推理单元(515)，所述判断推理单元(515)电性输出连接信息反馈单元(516)。
5.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述飞行数据分析子系统(52)包括数据筛选单元(521)，所述数据筛选单元(521)电性输出连接数据处理单元(522)，所述数据处理单元(522)电性输出连接服务器(523)，所述服务器(523)电性输出连接数据反馈单元(524)，所述服务器(523)电性输出连接数学运算单元(525)。
6.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述远程控制系统(6)包括控制信息输入单元(61)，所述控制信息输入单元(61)电性输出连接无线数据处理单元(62)，所述无线数据处理单元(62)电性输出连接无线数据发射单元(63)，所述无线数据发射单元(63)电性输出连接无线数据接收单元(64)，所述无线数据接收单元(64)电性输出连接无人机系统芯片(65)。
7.根据权利要求3所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述姿态传感器(423)为相同结构的三组，且姿态传感器(423)为红外姿态传感器。
8.根据权利要求1所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整系统，其特征在于：所述显示单元(3)包括无人机飞行模拟仿真平台。
9.一种机电一体化无人机定位用方位调整方法，其特征在于：该基于无人机定位用方位调整方法包括如下步骤：
S1：数据采集：通过数据采集系统(4)对无人机飞行时所处的环境数据和无人机飞行时位置和偏角信息进行采集，并将采集来的数据进行存储；
S2：数据分析：通过数据分析系统(5)对数据采集系统(4)采集来的数据进行数据分析和整理；
S3：调整无人机位置：通过数据分析和整理所得的无人机的位置信息，再通过远程遥控系统(6)来进行对无人机的位置进行调整，使无人机在指定的高度和位置进行飞行；
S4：调整无人机仰俯角：通过数据分析和整理所得的无人机的仰俯角信息，再通过远程遥控系统(6)来进行对无人机的仰俯角进行调整；
S5：调整无人机滚转角：通过数据分析和整理所得的无人机的滚转角信息，再通过远程遥控系统(6)来进行对无人机的滚转角进行调整；
S6：调整无人机偏航角：通过数据分析和整理所得的无人机的偏航角信息，再通过远程遥控系统(6)来进行对无人机的偏航角进行调整。
10.根据权利要求9所述的一种机电一体化无人机定位用方位调整方法，其特征在于：所述步骤S2分析和处理所得的数据至少包括无人机飞行位置的经度和维度、无人机飞行时的航偏角、无人机飞行时的仰俯角、无人机飞行时的滚转角。
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