一種高性能無人機控制及導航系統的制作方法

本實用新型涉及無人機控制導航系統領域，特別是一種高性能無人機控制及導航系統。

背景技術：

現在，現代計算機、微處理器、微組合導航系統(GPS/INS)，信號處理和無線通信等相關領域內科學技術突飛猛進的發展，但是有很多的無人機由于安全保護措施不夠完善，飛行控制功能不夠穩，讓很多的無人機遭到破壞。甚至時有事故發生。為了減少這樣的事情發生，因此設計了本裝置。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決上述問題，設計了一種高性能無人機控制及導航系統。

實現上述目的本實用新型的技術方案為，一種高性能無人機控制及導航系統，包括導航系統，所述導航系統包括地面測控部分和機載導航部分，所述地面測控部分和機載導航部分之間通過無線連接，所述機載導航部分包括飛行控制計算機和微組合導航系統，所述微組合導航系統包括慣性導航和衛星定位系統，所述導航系統可用于手動、半自主和全自主的飛行控制，所述導航系統包括控制通道，所述控制通道包括縱向通道、航向通道、滾轉通道和速度通道，所述縱向通道和航向通道均包括有內環和外環，所述縱向通道、航向通道、滾轉通道和速度通道內均設有控制參數，所述控制參數包括飛段參數、巡航段參數和高速段參數。

所述控制參數包括飛段參數、巡航段參數和高速段參數。

所述飛段參數的速度不大于15m/s。

所述巡航段參數的速度大于15m/s且不大于25m/s。

所述高速段參數的速度大于25m/s。

所述外環包括側偏距制導和瞄準目標點制導。

所述速度通道通過三段式油門變化控制。

所述三段式油門包括俯沖油門、巡航油門和爬升油門。

所述內環和外環均采用PID控制器。

利用本實用新型的技術方案制作的一種高性能無人機控制及導航系統，一種方便控制且飛行穩定、安全的無人機飛行控制及導航系統。

附圖說明

圖1是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的結構示意圖；

圖2是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的機載導航部分；

圖3是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的速度通道的主視圖；

圖4是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的縱向通道的主視圖；

圖5是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的航向通道的主視圖；

圖6是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的外環的主視圖；

圖7是本實用新型所述一種高性能無人機控制及導航系統的三段式油門的主視圖；

圖8是本實用新型所述縱向通道的流程圖；

圖9是本實用新型所述航向通道中的側偏距制導的流程圖；

圖10是本實用新型所述航向通道中的瞄準目標點制導的流程圖；

圖11是本實用新型所述滾轉通道的流程圖；

圖12是本實用新型所述速度通道的流程圖；

圖中，1、導航系統；2、地面測控部分；3、機載導航部分；4、飛行 控制計算機；5、慣性導航；6、衛星定位系統7、控制通道；8、縱向通道；9、航向通道；10、滾轉通道；11、速度通道；12、內環；13、外環；18、側偏距制導；19、瞄準目標點制導；20、三段式油門；21、俯沖油門；22、巡航油門；23、爬升油門。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行具體描述，如圖1-12所示，一種高性能無人機控制及導航系統，包括導航系統(1)，所述導航系統(1)包括地面測控部分(2)和機載導航部分(3)，所述地面測控部分(2)和機載導航部分(3)之間通過無線連接，所述機載導航部分(3)包括飛行控制計算機(4)和微組合導航系統(1)，所述微組合導航系統(1)包括慣性導航(5)和衛星定位系統(6)，所述導航系統(1)可用于手動、半自主和全自主的飛行控制，所述導航系統(1)包括控制通道(7)，所述控制通道(7)包括縱向通道(8)、航向通道(9)、滾轉通道(10)和速度通道(11)，所述縱向通道(8)和航向通道(9)均包括有內環(12)和外環(13)，所述縱向通道(8)、航向通道(9)、滾轉通道(10)和速度通道(11)內均設有控制參數，所述控制參數包括飛段參數、巡航段參數和高速段參數；所述飛段參數(15)的速度不大于15m/s；所述巡航段參數(16)的速度大于15m/s且不大于25m/s；所述高速段參數(17)的速度大于25m/s；所述外環(13)包括側偏距制導(18)和瞄準目標點制導(19)；所述速度通道(11)通過三段式油門(20)變化控制；所述三段式油門(20)包括俯沖油門(21)、巡航油門(22)和爬升油門(23)；所述內環(12)和外環(13)均采用PID控制器。

本實施方案的特點為，無人機控制及導航系統有兩個的部分：地面測控部分和機載導航部分。機載導航部分向地面測控部分發送無人機的實時信息。地面測控部分通過接收無人機信號，進而確定無人機的軌跡、姿態信息及報警信息，地面操作人員根據地面測控部分顯示 的信息，進而對無人機進行進一步控制。機載導航部分又分為飛行控制計算機和微組合導航系統(GPS/INS)。微組合導航系統(GPS/INS)是慣性導航(INS)和衛星定位系統(GPS)的組合，可以為飛行控制計算機提供精度很高的運動參數、姿態參數和定位數據。飛行控制計算機接收到用戶指令后，根據無人機目前的姿態參數和定位數據與用戶設定的目標飛行位置對比，計算出飛機合理的目標姿態并通過比例、積分、微分算法(PID調節)控制舵機輸出。其適用于各種常規布局飛機，可以實現多種形式的按預定航線自主巡航功能及應急保護功能。

在本實施方案中，THX-01支持手動、半自主、全自主等3種飛行控制模式，其中半自主和全自主都屬于自主模式，之后手動是通過遙控手柄直接對飛機各舵面進行遙控，與純手動飛行一樣，半自動是通過測控軟件進行飛行姿態遙控、油門桿量遙控、任務遙控等，支持手柄或鍵盤輸入。全自動是由按預定航線飛行并執行規劃的航線任務。THX-01的控制通道可分為縱向、航向、滾轉、速度。縱向通道的內環完成俯仰姿態角控制，在此基礎上通過外環完成高度控制。為了保證飛機轉彎時不掉高度，加上升降舵的前饋控制，航向的外環控制又可劃分為側偏距制導和瞄準目標點制導。側偏距制導時優先保證無人駕駛飛機的航線跟蹤精度，飛行軌跡比較平直，但機頭不一定朝向目標點；瞄準目標點制導時，優先保證無人駕駛飛機的機頭朝向目標點，此時的飛行軌跡一般是有較大弧度的曲線(尤其是有側風時)。側偏距制導和瞄準目標點制導兩種方式可以通過測控軟件選擇，滾轉控制默認是瞄準目標點制導滾轉通道完成橫滾姿態控制，目標橫滾角始終為0。速度通道完成地速控制，通過三段式油門變化來調節地速。三段式油門包括：俯沖油門(較小)、巡航油門和爬升油門(較大)。

在本實施方案中，所述縱向通道的內環完成俯仰姿態角控制，在此基礎上通過外環完成高度控制。為了保證飛機轉彎時不掉高度，加上升降舵的前饋控制，所述縱向通道如圖8所示。

在本實施方案中,所述航向通道的外環控制又可劃分為側偏距制 導和瞄準目標點制導。側偏距制導時優先保證無人駕駛飛機的航線跟蹤精度，飛行軌跡比較平直，但機頭不一定朝向目標點；瞄準目標點制導時，優先保證無人駕駛飛機的機頭朝向目標點，此時的飛行軌跡一般是有較大弧度的曲線(尤其是有側風時)。側偏距制導和瞄準目標點制導兩種方式可以通過測控軟件選擇，默認是瞄準目標點制導。所述航向通道中側偏距制導如圖9所示，所述航向通道中瞄準目標點制導如圖10所示。

在本實施方案中,所述滾轉通道完成橫滾姿態控制，目標橫滾角始終為0，所述滾動通道如圖11所示。

在本實施方案中，所述速度通道完成地速控制，通過三段式油門變化來調節地速。三段式油門包括：俯沖油門(較小)、巡航油門和爬升油門(較大)，所述速度通道如圖12所示。

上述技術方案僅體現了本實用新型技術方案的優選技術方案，本技術領域的技術人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現了本實用新型的原理，屬于本實用新型的保護范圍之內。