一種低空環境監測無人機系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于無人機技術領域，具體涉及一種高度在幾十厘米到幾米范圍內的超低空等特殊環境的快速監測無人機系統。
【背景技術】
[0002]不需要駕駛員駕駛的飛行器被稱為無人飛行器(Unmanned Aerial Vehicle ,UAV)，也叫做無人機，它具備垂直起降和空中懸停的特點，適合在狹小的空間范圍內執行任務;還可以將航空攝像機、測繪儀器和中繼通信節點以及小型殺傷性武器等裝置搭載到無人機上，在人工遙控或自主飛行狀態下，沿著特定的航線飛行，完成相應的任務。近年來，對時間要求快、距離要求低的環境監測還缺乏有效的手段。
[0003]微型或小型無人機不但機械結構簡單，并且飛行機動能力更加靈活。此外，小型六旋翼無人機具備更靈活的可操控性，能在小范圍內起飛、盤旋、飛行和著陸，由于其體積小巧、機動性靈活則可以近距離的貼近目標區域。且由于其特殊的機身機構，貼近地面飛行時的地面效應不明顯，因此它非常適合于飛行高度在幾十厘米到幾米范圍內的超低空飛行等特殊場合。
[0004]隨著科技的發展，無人機的應用領域已逐漸從軍用過渡到民用、警用。無論在氣象勘測、災情調查、環境保護等民用領域，還是針對追捕逃犯、瓦解恐怖活動等的警用領域，都有著很大的需求空間。但是現有大多小型無人機技術尚不能高精度完成在低空飛行、部分山區等特殊環境下的動態監測和定期監測，環境適應性無法滿足實際需要，而低空遙感動態監測及應急監測主要用于小范圍多次反復動態監測等。
【實用新型內容】
[0005]為了解決現有技術中存在的不足，本實用新型提供了一種低空環境監測無人機系統，其采用模塊化設計思路，利用北斗雙模差分定位技術，使無人機能在一些高度在幾十厘米到幾米范圍內的超低空特殊環境中實時快速監測。
[0006]為解決上述問題，本實用新型具體采用以下技術方案:
[0007]—種低空環境監測無人機系統，其特征在于，包括氣壓高度計、地磁傳感器、陀螺儀、加速度計、北斗差分定位系統、慣性測量單元、任務設備接口、無線傳輸模塊、PWM信號隔離模塊、飛行控制計算機、電源模塊以及地面站，所述飛行控制計算機分別與氣壓高度計、地磁傳感器、陀螺儀、加速度計、北斗差分定位系統、慣性測量單元以及PWM信號隔離模塊相連接，所述飛行控制計算機通過無線傳輸模塊與地面站相連接，所述電源模塊為整個系統提供電力支持，所述任務設備接口連接于任務設備。飛行控制計算機負責采集各機載傳感器的信息；接收機載無線電測控系統傳輸的由地面測控站上行信道送來的控制命令及數據，進行數據處理，從而實現各種飛行模態的控制律和任務的管理、控制信號輸出、狀態信息發送等功能。飛控計算機要求具有實時性、可靠性和嵌入式等特點。實時性要求輸入的導航數據以最快的速度處理并以最短的延時輸出控制信號。可靠性要求抗干擾能力強，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]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述氣壓高度計為實現無人機導航定位的數字式氣壓傳感器。
[0009]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述地磁傳感器為測量無人機航向的高精度三軸數字式地磁傳感器，其負責測量飛行器航向。
[0010]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述陀螺儀為測量無人機單位時間內角度變化量的偏航角速度傳感器。
[0011 ]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述加速度計為測量無人機三維空間域各方向加速度的三軸加速度傳感器，其負責測量飛行器三維空間域各方向的加速度。
[0012]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述任務設備包括航拍設備、氣體檢測儀、氣象參數檢測儀。
[0013]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述PWM信號隔離模塊配置有6個直流無刷電機，通過調整電壓大小從而控制電機轉速，以控制無人機飛行速度。
[0014]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述北斗差分定位系統包括GPS接收機、GPS天線以及北斗二代，所述GPS接收機與飛行控制計算機相連接，所述北斗二代通過GPS天線與GPS接收機相連接。
[0015]前述的一種低空環境監測無人機系統，其特征在于，所述無人機為小型多旋翼式無人飛行器。
[0016]本實用新型的有益效果:本實用新型提供的一種低空環境監測無人機系統，機械結構簡單，飛行機動能力更加靈活。且無人機體積小巧，可以近距離的貼近目標區域，彌補在復雜的隧道、山林等超低空環境下機器人監測車等靈敏性不足的問題;此外，北斗/GPS雙模系統不僅精度高，而且北斗還具有在特殊環境下短報文通信功能，可彌補在十幾厘米的低空、部分山區等復雜環境下受外界干擾或通信徹底中斷等問題，具有良好的應用前景。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的低空環境監測無人機系統的結構框圖；
[0018]圖2為本實用新型的氣壓計數據處理框圖；
[0019]圖3為本實用新型的氣壓高度計原理圖；
[0020]圖4為本實用新型的地磁傳感器原理圖；
[0021 ]圖5為本實用新型的加速度計原理圖；
[0022]圖6為本實用新型的陀螺儀原理圖。
[0023]附圖標記含義如下:
[0024]I:氣壓高度計;2:地磁傳感器;3:陀螺儀;4:加速度計;5:北斗差分定位系統;6:慣性測量單元;7:任務設備接口； 8:無線傳輸模塊;9: PffM信號隔離模塊;10:飛行控制計算機；11:電源模塊;12:地面站。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步描述。
[0026]如圖1所示，一種低空環境監測無人機系統，包括分別為無人機實時提供高度、姿態角、角速度、加速度數據信息的氣壓高度計1、地磁傳感器2、陀螺儀3、加速度計4、為無人機實時提供三維位置及時間數據的北斗差分定位系統5、實時提供姿態數據和定位數據的慣性測量單元6(頂U)、與任務設備相連接的任務設備接口 7、保障無人機與地面站間良好通信的無線傳輸模塊8、可通過調整電機轉速控制無人機各飛行動作的PffM信號隔離模塊9、控制無人機完成導航、計劃任務的飛行控制計算機10、為整個系統提供電力支持的電源模塊11以及與無人機實時交換姿態以及位置等相關信息的地面站12，所述飛行控制計算機10分別與氣壓高度計1、地磁傳感器2、陀螺儀3、加速度計4、北斗差分定位系統5、慣性測量單元6以及PffM信號隔離模塊9相連接，所述飛行控制計算機10通過無線傳輸模塊8與地面站12相連接。其中，所述氣壓高度計I為實現無人機導航定位的數字式氣壓傳感器，所述地磁傳感器2為測量無人機航向的高精度三軸數字式地磁傳感器，所述陀螺儀3為測量無人機單位時間內角度變化量的偏航角速度傳感器，所述加速度計4為測量無人機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結合使用，能精確羅盤航向信息。所述任務設備接口可搭載的任務設備包括有航拍設備、氣體檢測儀、氣象參數檢測儀等多個設備，采集多種所需參數信息，所述無線傳輸模塊是飛行器系統的重要組成部分，無人機與地面站間即通過無線傳輸部分進行通信，交換飛行姿態和位置等信息。此外，所述地面站包括有監控計算機、遙控器。所述PWM信號隔離模塊9即為PffM信號隔離驅動電機，配置有6個直流無刷電機。進一步的，所述北斗差分定位系統5包括GPS接收機、GPS天線以及北斗二代，所述GPS接收機與飛行控制計算機10相連接，所述北斗二代通過GPS天線與GPS接收機相連接，充分利用GPS的定位功能與北斗的短報文通信功能。所述飛行控制計算機是飛行的中央控制單元，負責無人機各部件單元之間的協調工作并與地面控制站之間進行通信。該低空環境監測無人機系統中使用的無人機為小型多旋翼式無人飛行器。
[0027]進一步的，氣壓高度計的輸出為表征氣壓大小的數字量，主處理器以50HZ的頻率對氣壓計和來自從板的加速度信號進行采樣。圖2為氣壓計的數據處理圖。由于傳感器所固有的漂移現象和高頻噪音的存在，僅由氣壓計或加速度傳感器得到的數據值距離真實的數據值誤差較