[发明专利]一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统及其工作方法

权利要求书

1.一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统，其特征在于：包括电磁场测量模块、飞行高度测量模块、数据处理模块、安全控制模块、飞行控制模块，所述的电磁场传感器、飞行高度测量模块与数据处理模块相连，所述的数据处理模块经安全控制模块与飞行控制模块相连；其中：

电磁场传感器：用于实时测量所处位置电磁场强度；

飞行高度测量模块：用于测量无人机的对地高度；

数据处理模块：用于根据对地高度计算电磁场阈值，根据电磁场强度计算电磁场变化率；

安全控制模块：用于实时比较电磁场变化率是否超过阈值来监控无人机飞行状态；

飞行控制模块：用于负责信号的采集、控制律的解算、飞机的姿态和速度，以及与地面设备的通讯，控制无人机的飞行；并根据测试的得到电磁场变化率阈值控制无人机的飞行；若电场变化率小于阈值，按既定飞行指定继续飞行；若大于等于阈值则无人机悬停，并向控制中心发送距离过近的报警信号，后退设定距离后转为手动控制或重新规划飞行路线；

电磁场测量模块实时测量飞行位置的电磁场分量，飞行高度测量模块实时测量无人机飞行高度，数据处理模块实时计算飞行位置的电磁场变化率以及相应的危险阈值，安全控制模块判断和实时监控无人机飞行状态，并根据相应飞行状态发送无人机安全动作指令，最终由飞行控制模块控制无人机飞行。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统，其特征在于：飞行高度测量模块包括测高传感器，所述的测高传感器为MS5611-01BA03测高传感器；电磁场测量模块包括DARE电场探头；数据处理模块包括TMS320VC33芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统，其特征在于：飞行控制模块包括586-Engine嵌入式芯片、CPU为32位AMD Elan SC520、SD卡、陀螺仪、具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D、具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000以及压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统，其特征在于：电磁场测量模块包括检测线圈、低噪声放大电路、电容滤波电路、RMS-DC转换电路、增益可调A/D转换电路、单片机；检测线圈将感应磁场转化为电信号，转化后的电信号经过低噪声放大电路放大后，使用电容滤波电路进行带通滤波，滤波后一路的检测线圈输出的电信号U_Z同多路信号发生器产生的同频率正弦波相加；滤波后另一路的电信号U_X同零电位相加以增强带载能力；经过加法器相加后的U_X、U_Z经过RMS－DC转换电路、A/D转换电路转换为数字信号，由单片机采集并通过通信电路传输至数据处理模块处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统，其特征在于：飞行高度测量模块包括压力传感器、放大电路、调零电路、A/D转换器和FPGA处理单元，压力传感器将产生的模拟信号经过放大电路和调零电路后传给A/D转换器，A/D转换器把输出的数字信号送到FPGA，在FPGA处理单元中，进行运算处理得到相应的气压高度H，此高度信息根据需要对应传输给飞机内部的自动控制系统或发送到地面控制台。

6.根据权利要求1所述的一种基于电磁场测距的无人机飞行控制系统，其特征在于：飞行控制模块包括主机板、电源变换板、模拟量通道模板、开关量通道模板和舵机控制板；主机板设有串行通信模块、存储器和CPU，用于飞行数据的通讯、存储和计算；电源变换板用于为机载传感器和舵机进行供电，模拟量通道模板则通过读取陀螺参数和发动机参数，经主机板CPU处理后输出控制信号到舵机控制板，开关量通道模板与安全控制模块相接实现无人机巡检过程中的安全控制，舵机控制板则直接控制无人机飞行。