[发明专利]无人机导航/飞控计算机

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机，具体涉及的是一种将导航功能和飞行控制功能高度集成的小型无人机导航/飞控计算机。

背景技术

小型无人机在军事上可用于侦察，电子对抗、骚扰、诱惑、预警等领域；在民用方面，可用于大地测量、气象观测、城市环境检测、地球资源勘探和森林防火等。

小型无人机飞行控制系统是一种具有高性能的自主导航、自动飞行控制、任务管理的综合系统。导航/飞控计算机作为飞行控制系统的核心部件，需要进行大量复杂的数据处理与数学运算，一般由低功耗芯片组成。传统的飞行控制系统将导航计算机、飞控计算机、GPS定位系统等单元独立设计，以PC104作为主处理芯片，以垂直陀螺作为测姿平台，各单元是分离设置的。这种系统不仅体积大，对小型无人机的有限空间造成挤压，安装和维护都比较困难，而且垂直陀螺在连续单方向盘旋过程中，常出现倾倒，性能不稳定，整个系统的可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有飞行控制系统所存在的不足，提出一种无人机导航/飞控计算机，使整个飞行控制系统体积变小、重量减轻、可靠性提高。

实现上述目的的技术方案是：一种导航/飞控计算机，包括飞控板、导航板、GPS定位系统、机载高度空速计和组合导航单元，计算机的主处理芯片是DSP2812。上述各单元全部集合在一个有多点电连接点的母板上，母板固定在导航/飞控计算机的主机机壳内并与电源连接；飞控板、组合导航单元和机载高度空速计之间通过RS422接口进行数据交换；导航板与飞控板之间通过双口RAM进行数据交换并与GPS定位系统通讯数据链连接；GPS定位系统通过RS232接口与导航板进行数据交换；组合导航单元通过RS422接口与飞控板进行数据交换；各单元数据都与DSP2812主处理芯片进行交换。

本发明计算机的DSP2812主处理芯片具有数字接口控制信号、12位数模采集接口、快速Flash程序存储和32位数据计算等优点，使得在硬件设计中减少扩展芯片的使用，缩小硬件体积。

本发明计算机以GPS导航为主，航程推算为辅进行航迹控制，将测控地面站上传的航程规划信息作为目标控制点，利用无人机偏航角、偏航距信息进行导航控制律解算并将结果通过双口RAM传送给飞控板，飞控板根据组合导航单元测量的飞机姿态信息、机载高度空速计的高度空速信息、导航板的导航信息进行飞行控制律解算，解算结果以PWM波形式驱动舵机控制舵面，保证飞机按照任务安全平稳飞行；导航板根据测控地面站上传任务控制指令通过I/O口驱动任务设备工作。计算机将无人机任务信息、姿态信息、导航信息，测控地面站控制指令或Futaba-FF9遥控器的遥控指令，经过相应判别、转换、综合和计算后发出控制信号给舵机、任务执行机构，通过舵机控制舵面来保证飞机姿态、通过任务执行机构控制任务设备工作，实现无人机的飞行稳定控制和自动导航，并且将遥测参数、任务信息、遥控指令回报信息及GPS定位系统定位数据等通过测控数据链路实时传回测控地面站，供地面人员监测使用。

本发明计算机不仅加载了完备的手遥控制和自主飞行控制系统(例如保持飞机姿态稳定、定高飞行、航迹控制等)，而且对手动地面遥控信号、自主控制信号进行‘无缝’衔接，从一种状态切换到另一种状态时平滑过度，无明显姿态变化，达到了全自主控制模式、半自主控制模式以及手遥控制模式的顺势切换；采用组合导航单元测量无人机空中姿态角，对无人机姿态进行稳定控制；采用一体化全数字控制技术、GPS导航定位技术和捷联航姿技术，通过接收无人机测控地面站控制指令进行自动导航，实现了遥测数据下传和遥控指令上传。

本发明计算机一改传统的分离设计模式，采用全数字控制技术，将导航计算机、飞控计算机、GPS定位系统、组合导航单元等独立单元高度集成到导航/飞控计算机内，以DSP2812作为主处理芯片，具有体积小巧、成本低廉、精度较高、功能齐全等优点，简化了系统组件，整机质量不足3Kg，节省了无人机载荷量并提高了系统可靠性，并可满足多种飞行模式的导航控制和飞行状态实时监控，是一种陆地及海上低空快速监测的无人机导航/飞控计算机。

附图说明

图1是本发明的整体构造示意图。

图2是本发明计算机主机构造示意图。

图3是本发明计算机电源板线路框图。

图4是本发明计算机飞控板信号传递框图。

图5是本发明计算机导航板信号传递框图。

图6是本发明计算机控制流程图。