[发明专利]一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥控模型多旋翼直升机的自主飞行控制技术领域，尤其涉及一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法。

背景技术

六旋翼无人直升机是一种结构简单、易于操控、可垂直起降、悬停状态稳定的无人飞行器。其有6个对称分布在机体四周、正反转成对的旋翼，通过改变各个旋翼转速来实现对六个自由度的控制，普遍采用电能驱动。六旋翼无人直升机有极高的可控性、机动性和稳定性，并且具有低噪声、无污染、携带方便、安全危害性小等特点，非常适合于执行中短距离的飞行任务。其在军事和民用领域均具有广阔的应用前景，如侦察监视、通信中继、搜索救援、目标跟踪、电力检修、航拍成像等。

目前多旋翼无人直升机的导航方式多采用INS/GPS组合导航的方式。这导致多旋翼无人直升机只有在室外GPS信号较强的场地，才能够自主地完成飞行任务，从而大大限制了多旋翼无人直升机的应用范围。

因此，解决上述问题是迫切需要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及的缺陷，提出一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法，用于解决六旋翼无人直升机在室内或无GPS信号时的跟踪飞行控制，扩展了多旋翼无人直升机的应用范围。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统，包含机载部分和地面站控制部分，其中，所述机载部分包含六旋翼飞行平台和飞行控制器，所述地面站控制部分包含具有无线传输功能的测控终端；

所述六旋翼飞行平台包含六组飞行机构、机架和无刷云台，所述六组飞行机构对称地位于机架的六个端点，所述无刷云台固定所述机架的正下方；

所述飞行机构包含电机、电调和螺旋桨，所述电机用于带动螺旋桨旋转，所述电调用于调整电机的转速；

所述飞行控制器包含飞行控制模块、传感器模块、视觉导航模块、无线传输模块、电源模块和遥控接收机；

所述飞行控制模块包含主控制单元和协处理单元；

所述传感器模块包含六轴姿态传感器、电子罗盘、超声波高度计、雷达传感器；

所述视觉导航模块包含摄像头和图像处理单元，所述摄像头设置在无刷云台上；

所述主控制单元分别与六组飞行机构、六轴姿态传感器、超声波高度计、协处理单元、图像处理单元电气相连，所述图像处理单元分别与雷达传感器、摄像头电气相连；所述协处理单元与无线数传模块电气相连；

所述测控终端与所述无线数传模块通过无线进行数据通讯。

作为本发明一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统进一步的优化方案，所述电源模块包含三块电池，分别为六旋翼无人直升机的六组飞行机构、飞行控制模块和视觉导航模块提供电源。

作为本发明一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统进一步的优化方案，所述主控制单元采用ATMEGA2560单片机，所述协处理单元采用ATMEGA32U2单片机。

作为本发明一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统进一步的优化方案，所述六轴姿态传感器采用MPU-6000六轴姿态传感器，所述超声波传感器采用LV-MaxSonar-EZ1声波传感器，所述雷达传感器采用UTM-30LX信号激光扫描测距仪。

本发明还公开了基于该六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1)，控制六旋翼无人直升机同时执行前飞和上升两个动作，并实时反馈上升过程中六旋翼无人直升机的姿态数据、相对速度数据和高度数据；

步骤2)，将反馈的高度数据与预设的高度阈值作比较，当反馈的高度数据等于预设的高度阈值时，停止上升；

步骤3)，检测是否存在追踪目标；

步骤4)，如果没有检测到追踪目标，根据实时反馈的姿态数据、相对速度数据和高度数据控制六旋翼无人直升机保持悬停状态；

步骤5)，如果检测到追踪目标，采用摄像头捕捉跟踪目标，对跟踪目标的捕捉图像进行解算，得出六旋翼无人直升机和跟踪目标的相对位置信息，即跟踪误差数据，根据以下控制律计算出控制量，分配给六组执行机构，以此控制六旋翼无人直升机飞行：