[发明专利]一种基于以太网交换总线的无人机飞行控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机飞行控制系统，尤其涉及一种基于以太网交换总线的无人机飞行控制系统及方法。

背景技术

飞控技术发展的经历了从第一代（增稳）、第二代（自主导航），向第三代（图像智能识别和避障）发展，现有的无人机飞控系统结构基本上建立在第一代和第二代技术基础上，技术发展上存在瓶颈,典型特征如下：

（1）多个通信链路单同时使用，设备众多：地面与飞机的通信存在3种链路，第1种链即遥控器链路,常见的链路频率72M、433M、2.4G、5.8G等，这是一个从地面传向飞机的单向无线通信链路，承载着多路遥控器通道的遥杆控制量信息；第2种链路即飞机与地面站的双向通信链路，常见频率433M、900M、2.4G等，一方面，飞机的飞行状态参数要传回地面，另一方面，地面站对飞机的各种参数配置或控制指令要传给飞机；第3种链路即图传链路，常见的频率900M、2.4G、5.8G等，这是一个将视频图像或者叠加了飞机飞行状态参数的视频图像传回地面的单向回传链路。

（2）视觉导航、图像识别与避障是飞控技术发展主要方向之一，现有的飞控技术架构中，飞控计算机不能在支持GPS+惯性导航模式时，同时做视觉图像处理，目前有的做法是，将图像传回地面,由地面计算机进行视觉处理,然后将结果从地面发送给飞控计算机，这种结构在地面与飞控计算机的无线链路断掉时存在诸多问题。

（3）在目前消费级市场，确实有将无人机实拍图像直接直接共享到互联网的实际需求，工业级无人机中，客户需要将数字高清视频图像实时回传到监控指挥中心，传统的飞控技术架构不支持无人机的这种物联网应用模式。

（4）现有的视频图像的回传，大多数是基于模拟视频信号，图像不清晰，还需要一个称为IOSD的设备，这个设备实际上就将高清摄像机的模拟视频信号与飞行参数进行叠加回传地面，因此虽然飞机上存储的是高清图像，但回传到地面的图像是叠加了飞行状态参数的模拟图像，而人们往往需要实时看到飞机上拍摄的高清数字图像。

发明内容

     本发明的目的在于解决市面上的无人机飞行控制多个通信链路，并存且设备众多，在支持视觉导航、图像识别与避障，高清数字图像实时接入互联网或监控指挥中心或地面站，支持高清数字图像回传地面站等新技术需求上，传统的共享式总线无法解决解决这些大容量数据的高速交换,本发明提供了一种新型的基于以太网交换总线的无人机飞行控制系统及方法。

     本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于以太网交换总线的无人机飞行控制系统，包括飞控计算机（ARM)、飞行指示灯控制模块（LED+）、超声波传感器、光流传感器、电源管理模块（PMU)、蓄电池、惯性测量单元（IMU）、卫星导航单元（GPS/BD)、电机、舵机，所述飞行指示灯控制模块（LED+）、超声波传感器、光流传感器通过CAN总线与所述飞控计算机（ARM)信号连接，所述电源管理模块（PMU)与蓄电池电连接，所述电源管理模块（PMU)、惯性测量单元（IMU）、卫星导航单元（GPS/BD)通过另外一条CAN总线与所述飞控计算机（ARM)信号连接，所述飞控计算机（ARM)分别与电机、舵机信号连接，所述飞控计算机（ARM)还嵌入有以太网交换芯片（LANswitch)，所述以太网交换芯片（LANswitch)与飞控计算机（ARM)通过局域网（LAN)连接，所述以太网交换芯片（LANswitch)与飞控外围模块通过局域网（LAN)连接。

    进一步地，所述飞控外围模块包括4G模块、视觉计算机（DSP+ARM)、高清运动相机（IPCAM)、无线模块（WIFI)；

所述4G模块可以通过以太网交换式总线将高清运动相机（IPCAM)的高清数字图像通过无线模块接入互联网或传回监控指挥中心，也可以通过视觉计算机（DSP+ARM)的USB口，可将飞行器实拍视频实时接入互联网或传回指挥中心；

所述视觉计算机（DSP+ARM)内部有DSP处理器、ARM处理器，运行Linux操作系统，以百兆以太网口与所述飞控计算机（ARM)连接，通过所述飞控计算机（ARM)上的以太网交换芯片（LANswitch)所扩展的以太网交换式总线接收高清运动相机（IPCAM)传回的图片，进行图像的分析解算，并与光流传感器、超声波传感器、惯性测量单元（IMU）数据进行融合，进行视觉导航、障碍规避、图像目标识别跟踪；