[发明专利]基于QNX的无人直升机飞行控制平台系统

说明书

技术领域

本发明涉及飞行控制平台系统，尤其涉及一种无人直升飞机的飞行控制平台系统。

背景技术

无人直升机是一个多学科交叉耦合的具有挑战性的前沿研究方向，涉及带无人直升机的机械结构、空气动力学、飞行动力学、系统建模、传感器数据融合、捷联导航系统、嵌入式系统等领域。一套完整的无人直升机控制平台由航空电子系统、导航系统、地面站系统组成：

1.航空电子系统是无人直升机的基本组件，主要分为硬件系统、软件系统。硬件系统至少有一个MCU或计算机系统及相关的扩展板组成，实现在线分析飞行数据、运行控制算法、与地面站通信、记录必要的飞行数据。

2.导航系统由航姿参考系统、位置参考系统组成，其中航姿参考系统向航空电子系统提供飞行必要的飞行姿态数据，位置参考系统提供飞行器实际所在位置的相关信息。

3.地面站系统由地面站软件以及无线通讯设备组成，通过无线通讯设备与无人直升机交互信息，实时监测无人直升机的。

目前无人直升机通常选取嵌入式计算机作为机载核心控制板，配合外扩功能板组成航空电子系统的硬件系统。导航系统有INS（inertial navigation system，惯性导航系统）和GPS导航系统。惯性导航系统由典型的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计组成，能够提供无人直升机的实际飞行姿态；GPS导航系统可提供无人直升机所在位置的经纬度、航速、高度等信息。

在无人直升机领域国外研究起步早，取得较多研究成果。其中斯坦福大学研制的hummingbird直升机，采用差分截波相位全球定位系统作为导航系统，通过机体上的四个GPS接收机来检测无人直升机的飞行姿态和航向信息，没有使用惯性导航仪、高度计等繁杂的设备，可实现自主悬停。但其没有使用惯性导航系统，无人直升机的动态航姿动态性能较差，飞行控制律难以设计；MIT大学研制的Xcell-60无人直升机采用GPS、六自由度IMU（惯性测量单元）、三轴磁力计组成导航系统，实现自主悬停；新加坡国立大学先后研制的HeLion和SheLion无人直升机，可实现基于视觉的轨迹跟踪。航空电子系统由2块PC104的板卡、一个完整的MNAV模块（集成MEMS技术的IMU模块、磁力计、GPS接收机）。

国内对无人直升机的研究起步较晚，技术相对落后，但也取得不少研究成果。目前许多高校和研究所对无人直升机领域进行深入的研究，比如西北工业大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、浙江大学等。其中浙江大学李平教授指导的论文《微型无人直升机飞行控制系统软件仿真与系统设计》介绍了无人直升机的软件仿真，该文主要结合各个数学模型，对无人直升机系统进行仿真设计，并且该无人直升机系统的姿态子系统、导航子系统不完善，也没能够进行实物试验，但其对无人直升机系统的仿真验证取得较大的研究成果。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明针对国内无人直升机飞行控制平台软、硬件的不足，提出基于QNX的无人直升机飞行控制平台系统，同时也改进系统软件的管理架构，通过系统模块化设计提高软件的健壮性，保障无人直升机软件系统运行的安全性和稳定性，同时也提高系统的实时性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于QNX的无人直升机飞行控制平台系统，所述系统包括机载航空电子系统、地面站系统以及手动控制系统；所述机载航空电子系统包括核心控制板、传感器采集电路板、舵机驱动电路板、XTend无线模块以及遥控信号接收器；其中，核心控制模块为PC104嵌入式计算机，所述PC104用于运行QNX实时操作系统，并运行机载软件系统，所述机载软件系统包括姿态解算算法、数据融合算法、飞行控制算法；所述机载航空电子系统通过遥控信号接收器、XTend无线模块分别与所述手动控制系统、所述地面站系统通讯，获取手动控制系统的控制信号、地面站系统的控制命令以及将实时的飞行位置姿态等数据发送到地面站系统，以供实时监测无人直升机的飞行状态；所述核心控制板与传感器采集电路板的MCU通讯，获取无人直升机的实时飞行参数数据；核心控制板与舵机驱动电路板的MCU通讯，获取手动控制系统的遥控器信号，同时将无人直升机的舵机控制信号输出到各个舵机，以控制所述无人直升机。