[发明专利]低空飞艇飞行控制系统及其飞行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器控制技术领域的系统及方法，具体为一种1km高度的低空飞艇飞行控制系统及其飞行控制方法。

背景技术

低空飞艇具有驻空时间长、稳定性好、容易操控，装备载荷大等优点，一直受到军民两用市场的亲赖，目前主要用于监控、航拍、广告及卫星中继等领域，如1996年亚特兰大奥运会用Skyship600飞艇进行监视，2003年中国测绘科学研究院研制的UAVRS II型低空无人飞艇进行遥感监测，2009年空中飞艇航拍世博园区全景。然而，在实际应用中大多数飞艇都需要有人驾驶或地面操纵者对其进行遥控操作，这使得飞艇的飞行时间和飞行环境受到极大限制，而且提高了操作成本，同时在有人驾驶的飞艇中对人员的安全性也提出了要求，而在很多应用中，例如我国中西部地区地原辽阔，人口稀少，采用无人飞艇代替卫星等工具进行长期不间断的气象观测，长江流域洪水、地震及泥石流灾害监控等，具有重要的价值，此时有人飞艇与遥控飞艇在使用上都受到了限制。因此，如何开发一种能自主控制的无人飞艇成为当前的一个研究热点，飞艇飞行控制系统是无人飞艇的指挥中心，完成高性能的自主导航、自主飞行控制、任务管理等功能，其以飞行控制计算机为核心并与各种传感器及执行机构共同构成闭环控制系统。如何设计一套功能全、性能高、功耗低且针对性强的无人飞艇飞行控制计算机系统，一直是飞行控制工程设计人员的难题。

针对这一问题，北京航空航天大学依托北京博创兴盛机器人公司研制出一种iFLY40型自动驾驶仪，其采用了双ARM7TDMI内核CPU，将任务导航与飞行控制解算分别开来并采用GPS(Global Position System)和IMU(Inertial Measurement Unit)导航数据组合导航系统，但其不足之处在于该系统主要针对无人机系统，诸如此类的飞行控制计算机系统还有南京航空航天大学黄一敏研究员研制的基于PC104模块的小型化飞行控制计算机，而这类计算机鲜有考虑无人飞艇的特殊性，如飞控计算机并没有设计包含鼓风机和阀门的环境控制系统接口，实际应用中如果遇到紧急情况时无法通过充放气调节气囊的压差来控制飞艇的高度，存在致命的隐患。另外，飞艇的推进系统通常不止一个，一般含2个侧推进(矢量控制)，有时还包括尾推进，而尾翼有4个操纵面，包括2个升降舵面和2个方向舵面，这些特点使得通常的无人机飞行控制计算机很难实现无人飞艇的有效控制。此外，市场上还有一些低端飞艇遥控系统，如北京智翔公司的Smart pilot自动驾驶仪，苏州方舟飞艇公司采用其仅做一般演示飞行，主要采用遥控方式，原因是飞艇的气囊压力、重心等受环境影响大，而Smart pilot自动驾驶仪没有考虑飞艇的环境因素影响，导致设计的PID参数很难对飞艇位置、姿态进行精确控制。

经过对现有技术的检索发现，飞行控制系统有南京理工大学的范珉一等的“小型无人飞艇飞行控制系统设计”(2007)，西南交通大学王进等的“ST-3型飞艇定向飞行控制及监控系统设计”(2009)及中国科学院光电研究院陈慧等的“无人飞艇飞行控制系统软件设计”(2008)，飞行控制硬件系统有南京航空航天大学郝允冉等的“基于586-Engine的高性能飞行控制器设计与实现”(2007)及清华大学周兆英等设计的“一种具有双处理器的飞行器自动驾驶仪”(ZL20042007039.8)，这些文献设计的飞行控制系统，多数是把无人飞艇作为无人机看待(或本身就是无人机)，而很少研究无人飞艇控制对环境的敏感性，以及应急控制考虑不周全，能源利用率低等弊端。针对无人飞艇对飞行控制系统的这些特殊要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种低空飞艇飞行控制系统及其飞行控制方法，本发明低空飞艇小型化、模块化、栈接式飞行控制计算机系统，改进现有将无人飞艇似为无人机进行飞行控制的不足，针对无人飞艇对环境、控制、能源动力的特殊要求，设计开发一套功能更完备、系统更可靠性的飞行控制计算机系统及飞行控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：