专利名称：无人机姿态控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制系统，特别是一种满足多种陆地及海上低空 快速监测要求的无人机姿态控制系统。
背景技术：
随着国家经济建设的突飞猛进，资源调查和环境监测工作越来越重要， 任务周期越来越短，常规卫星和航空遥感手段己难以满足应用所需，特别是 许多分辨率要求高、时间要求快的应急动态监测缺乏有效的手段。近年来， 低空遥感动态监测及应急监测主要用于小范围多次反复动态监测及突发 性事件的应急监测等，以及大比例尺制图的需求，这些监测要求遥感获取
系统具备①大面积观测能力；②波段、分辨率和时相适宜的空间数据获取 能力；③定量化数据的提供能力；④高精度定位能力。该目标的实现非单一 平台或传感器所能胜任。由于受卫星回归周期、空域使用和气候等因素的影 响，遥感数据源的保障已成为制约其应用的瓶颈问题。
小型无人机遥感系统为空间信息监测提供了 一种数据快速获取、处理、 应用分析一体化的新型遥感技术手段，现已有一些微型或小型无人机系统用 于陆地小面积图像获取和简单科学数据参数的观测。但现有技术的这些微型 或小型无人机尚不能完成动态应急监测和定期监测，主要原因是控制这类无 人机飞行的飞行控制系统的导航定位、程控/遥控导航等方面存在技术缺陷， 使成像质量较低。成像质量很大程度上取决于飞行器的性能指标和飞控技 术要求，尤其是飞行姿态控制精度，飞行姿态控制精度越高，成像质量越 高。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种满足多种陆地及海上低空快速监测要求的
无人机姿态控制系统，采用全数字飞行控制与总线控制技术和GPS导航定位 技术，使无人机能满足多种飞行模式的飞行状态实时监控和姿态控制。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种无人机姿态控制系统，包括 向飞行控制计算机提供无人机三维姿态数据的航姿传感器、提供无人机三维 位置及时间数据的GPS差分定位系统和提供无人机状态数据的状态传感器， 所述飞行控制计算机还与对无人机进行姿态控制的执行机构连接。所述状态 传感器包括与所述飞行控制计算机连接的三维姿态仪、温度传感器、空速传 感器、高度传感器、发动机转速传感器和油量传感器。所述执行机构包括执 行加热指令的加热装置，执行开伞指令的开伞机构，执行抛伞指令的抛伞机
构，执行定高指令的自动驾驶仪，以及执行飞控指令的方向舵舵机、副翼舵 舵机、升降舵舵机和发动机舵机。
本实用新型提出了一种满足多种陆地及海上低空快速监测要求的无人机 姿态控制系统，可满足无人机多种飞行模式的飞行状态实时监控和姿态控制。 无人机姿态控制系统不仅加载完备的小型化遥测和控制手段，如保持定高飞 行的自动驾驶仪，监控飞机安全的温度传感器、空速传感器、油量传感器等， 还采用垂直陀螺仪测量飞机空中姿态角，对飞机进行姿态控制。无人机姿态 控制系统采用一体化全数字总线控制技术和GPS导航定位技术，电路采用一 体化全数字总线控制技术，减化了系统组件，同时节省了无人机载荷量并提 高了系统的可靠性。与传统航姿系统比较，本实用新型具有体积小、重量轻、 功耗低和可靠性高等特点，三轴控制精度小于3° ,提高了飞行器性能指标 和飞控技术指标，并极大地提高了成像质量。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型无人机姿态控制系统的系统组成图2为本实用新型无人机姿态控制系统的结构图。 附图标记说明 IO—航姿传感器； 40—飞行控制计算机 22 —GPS接收机； 33—空速传感器； 36 —油量传感器； 72 —开伞机构； 75 —方向舵舵机； 78 —发动机航机。
具体实施方式
图1为本实用新型无人机姿态控制系统的系统组成图。如图1所示，无 人机姿态控制系统包括航姿传感器10、 GPS差分定位系统20、状态传感器 30、飞行控制计算机40和执行机构70,其中航姿传感器10负责提供无人 机三维姿态数据，GPS差分定位系统20负责实时提供无人机三维位置及时 间数据，状态传感器30负责实时提供无人机状态数据，飞行控制计算机 40分别与航姿传感器10、 GPS差分定位系统20、状态传感器30连接，接 收无人机的姿态、位置和状态数据并控制执行机构70对无人机进行姿态 控制。
图2为本实用新型无人机姿态控制系统的结构图。如图2所示，航姿传 感器为测量无人机飞行姿态角的垂直陀螺仪10，将无人机空中姿态角数据 发送给飞行控制计算机40，可采用三轴硅微机械速率陀螺和三轴加速度计 完成。GPS差分定位系统20包括GPS天线21和GPS接收机22，将无人机 三维位置及时间数据发送给飞行控制计算机40。状态传感器30包括三维
2 0 — GPS差分定位系统; 70—执行机构； 31 —三维姿态仪； 34—高度传感器； 37 —缸温传感器； 7 3—抛伞机构； 76 —副翼舵舵机；
30—状态传感器; 21 — GPS天线； 32 —温度传感器; 35 —转速传感器; 71 —加热装置； 74—自动驾驶仪; 77 —升降舵舵机;姿态^f义31、温度传感器32、空速传感器33、高度传感器34、发动4几转速 传感器35和油量传感器36,将无人机的状态数据发送给飞行控制计算机 40。具体地，三维姿态仪31与无人机上安装的攻角、侧滑角传感装置连 接，测量无人机的飞行姿态数据；空速传感器33和高度传感器34与空速 管连接，通过空速管的静压、总压数值测量无人机的速度、高度数据；发 动机转速传感器35与发动机连接，测量发动机转速数据。执行机构70包 括执行加热指令的加热装置71、执行开伞指令的开伞机构72、执行抛伞 指令的抛伞机构73、执行定高指令的自动驾驶仪74及执行飞控指令的方 向舵舵机75、副翼舵舵机76、升降舵舵机77和发动机舵机78。各执行机 构接收飞行控制计算机40发送的指令，完成动作，实现对无人机的飞行 姿态控制。具体地，飞行控制计算机40通过AD-DA接收各种数据并发送 相关指令。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而 不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
权利要求1.一种无人机姿态控制系统，其特征在于，包括向飞行控制计算机提供无人机三维姿态数据的航姿传感器、提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统和提供无人机状态数据的状态传感器，所述飞行控制计算机还与对无人机进行姿态控制的执行机构连接。
2. 如权利要求1所述的无人机姿态控制系统，其特征在于，所述航姿 传感器为测量无人机飞行姿态角的垂直陀螺仪。
3. 如权利要求1所述的无人机姿态控制系统，其特征在于，所述GPS 差分定位系统包括与所述飞行控制计算机连接的GPS接收机和与所述GPS 接收机连接的GPS天线。
4. 如权利要求1所述的无人机姿态控制系统，其特征在于，所述状态 传感器包括与所述飞行控制计算机连接的三维姿态仪、温度传感器、空速 传感器、高度传感器、发动机转速传感器和油量传感器。
5. 如权利要求1所述的无人机姿态控制系统，其特征在于，所述执行 机构包括执行加热指令的加热装置，执行开伞指令的开伞机构，执行抛伞 指令的抛伞机构，执行定高指令的自动驾驶仪，以及执行飞控指令的方向 舵舵机、副翼舵航机、升降舵舵机和发动机舵机。
专利摘要本实用新型涉及一种无人机姿态控制系统，包括向飞行控制计算机提供无人机三维姿态数据的航姿传感器、提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统和提供无人机状态数据的状态传感器，所述飞行控制计算机还与对无人机进行姿态控制的执行机构连接。本实用新型采用一体化全数字总线控制技术和GPS导航定位技术，电路采用一体化全数字总线控制技术，减化了系统组件，同时节省了无人机载荷量并提高了系统的可靠性。本实用新型的三轴控制精度小于3°，提高了飞行器性能指标和飞控技术指标，并极大地提高了成像质量。
文档编号G05D1/08GK201004180SQ200720002700
公开日2008年1月9日 申请日期2007年1月26日 优先权日2007年1月26日
发明者健 周, 旗 周, 耿 王 申请人:青岛天骄无人机遥感技术有限公司