[发明专利]小型无人飞行器用双向切换系统

说明书

技术领域

本发明属于飞行器自动控制领域，具体涉及一种小型无人飞行器用双向切换系统。

背景技术

现有的小型无人飞行器一般都携带有两套控制系统，一套是自主飞行控制系统，一套是需要人工实时操作的遥控系统。现阶段的飞行控制系统一般能保证无人飞行器在小扰动下平稳地巡航飞行，但是很难保证无人飞行器安全起降，更主要的是当无人飞行器受到大扰动时，为了保证无人飞行器平稳地飞行，需要在飞行过程中从自主飞行控制系统切换到遥控系统，这一过程需要由人工操作来实现无人飞行器安全起降，并且保证无人飞行器受到大扰动后能恢复平稳飞行。此外，无人飞行器在常规飞行作业的过程中，需要用自主飞行控制系统来控制无人飞行器作业，亦即需要从遥控系统切换到自主飞行控制系统。

目前，北京理工大学宋萍、李科杰和潘越等研制的微小型无人直升机自动驾驶仪和手动遥控飞行切换方法专利，该方法用于实现由自动控制切换到遥控方式，其核心切换控制器模块接收小型无人直升机飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信息，采用预设的判断规则对自动飞行控制系统的PWM舵机控制信号和传感器信息进行判断，当检测到飞行状况异常时，可立即切换到手动遥控方式，从而由操作人员遥控直升机飞行，引导直升机安全降落。

清华大学王冠林，屠展和朱纪洪研制无人机自动与遥控切换系统专利，该系统为从遥控方式切换到自动控制方式，其核心内容是实时监测遥控飞行指令，并传送给飞行控制计算机，当该系统由遥控向自动控制切换时，该系统向飞行控制计算机发送遥控/自动控制切换指令，飞行控制计算机以最后得到的遥控指令作为控制的平衡点，并在此基础上进行飞行控制，以实现遥控向自动控制的切换。

由此可见，当前的切换方式只从单向切换，即由自动控制切换到遥控方式或者由遥控方式切换到自动控制，此外，常规的切换控制方式是切换指令一旦发出就立即进行切换操作，而对于小型无人机，若不能良好地判断切换时机，将对无人机造成严重影响，这要求地面操作人员能准确地把握切换时机，实现切换的稳定性，然而切换时机的选择是一个难点，在非视距内操作时尤为突出。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型无人飞行器用双向切换系统，能够达到提高飞行器飞行稳定性的目的。

一种小型无人飞行器用双向切换系统，包括遥控接收机、飞行管理模块、飞行控制模块、切换电路和射频发射/接收机，其中：

各组成部分的连接关系为：

遥控接收机分别与切换电路、飞行管理模块连接，飞行管理模块分别与射频发射/接收机、切换电路、飞行控制模块连接，飞行控制模块通过切换电路与飞行器的舵机连接。

各组成部分的功能为：

遥控接收机，用于接收来自遥控系统的遥控飞行指令和遥控切换请求指令，并发送遥控飞行指令至切换电路，发送遥控切换请求指令至飞行管理模块；

射频发射/接收机，用于地面站系统与飞行管理模块之间进行信息交互。

切换电路，用于接收所述飞行管理模块的切换指令并根据该切换指令进行内部电路切换，接收来自所述遥控接收机的遥控飞行指令和来自所述飞行控制模块的自动飞行指令，并根据内部电路切换结果选择自动飞行指令和遥控飞行指令之一转换为飞行控制信号并传送至舵机。

切换电路进一步地用于，利用当前遥控飞行指令和所接收的来自飞行控制模块预测的自动飞行指令进行加权叠加产生复合飞行指令，在所设定的过渡时间内将复合飞行指令发送给舵机。所述设定的过渡时间范围为2s～3s。

飞行管理模块的功能包括：

当通过射频发射/接收机接收到来自地面站系统的射频切换请求指令，或接收到来自遥控接收机的遥控切换请求指令时，飞行管理模块根据飞行控制模块发来的飞行器当前飞行状态，包括飞行高度、真空速、俯仰角、偏航角、滚转角、俯仰角速度、滚转角速度、偏航角速度、航迹倾角、侧向速度、法向加速度、纵向加速度和侧向加速度，采用预设的判断规则进行切换时机决策，并在决定的切换时机发送切换指令至切换电路以进行工作方式切换，通知飞行控制模块向切换电路提供自动飞行指令。

所述飞行管理模块采用预设的判断规则进行切换时机决策，具体过程为：飞行管理模块根据预设的判断条件进行飞行器当前飞行状态的判断，若满足该判断条件，则飞行管理模块的判定结果为飞行器立刻进行工作方式切换；否则，飞行器暂不进行工作方式切换，等待飞行器飞行状态满足所述判断条件时，再进行工作方式切换。