[发明专利]一种头戴式无人直升机控制系统及其控制方法

说明书

本发明提供的一种头戴式无人直升机控制系统及其控制方法，包括机载单元和地面站系统；机载单元包括飞行处理器、传感器模块、内置算法模块、无线传输模块、遥控接收机和用于实时跟踪对准目标物的执行机构，地面控制单元包括测控终端，测控终端包括PC控制台、头控器、手控器及路由器，机载单元通过遥控信号接收机、无线传输模块与地面站系统通讯，通过头控器与所述机载单元形成的云台精密控制模块，形成一整套无人机云台精密控制解决方案，满足交互精度、速度及范围最优，操作更加便捷，控制传输距离仅跟无人机数据链通信距离有关，突破传统和现有遥控器传输距离受限的特点。

【技术领域】

本发明涉及无人机控制技术，尤其是一种头戴式无人直升机控制系统及其控制方法。

【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，其中的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。

但是，当前市场上的遥控模型直升机工作在信号直通的方式，即操纵手通过控制手机或手持平板遥控器发出信号，透过体感方式操作无人机；和传统的遥控器相比，手机/平板遥控更小巧、轻便，因为是透过体感操作，所以也更加上手；但手机/平板遥控也存在一些缺点，比如信号很不稳定、长距离飞行很容易断线(在市郊空旷环境，一般在50-100米左右就会断线)，这会很大程度影响飞行体验；而且，它的操作虽然比较直观，但要完成很精确的动作，却比较困难，换而言之，就是“易学难精”。部分直升机还配有机载陀螺仪，能增加一定的阻尼，便于控制。而且，传统的遥控器虽然比较笨重、操作不够轻便，也更难上手，控制无人机吊舱跟踪时候，但它的信号稳定性强，而且遥控距离也更远(一般遥控范围在100米或以上)。

另外，现有手控的工作方式简单方便，但带来一个问题：遥控模型直升机控制难度大，且无法实现自主飞行。直升机与固定翼飞机相比，气动特性更加复杂，动特性都是不稳定的，并且各个通道间存在很强的轴间耦合，且现有技术中直升机控制系统体积及重量大，不便于安装，且成本较高。

【发明内容】

本发明提供一种头戴式无人直升机控制系统及其控制方法，采用头盔和手控组合方式的控制，解决了直升机控制系统体积重量大不方便安装及成本高的问题，具有精调微控功能，操作更加便捷，控制传输距离仅跟无人机数据链通信距离有关，突破传统和现有遥控器传输距离受限的特点。

为达到上述明目的，采用的技术方案如下：

一种头戴式无人直升机控制系统，包括机载单元和地面站系统；

所述机载单元包括飞行处理器、传感器模块、内置算法模块、无线传输模块、遥控接收机和用于实时跟踪对准目标物的执行机构，内置算法模块包括姿态解算算法、数据融合算法和飞行控制算法，所述飞行处理器与内置算法模块之间采用有线连接或\和无线连接；

所述地面控制单元包括具有无线传输功能的测控终端，所述测控终端包括PC控制台、头控器、手控器及路由器，所述地面控制单元通过无线通讯模块与所述机载单元的飞行处理器通讯连接；

所述机载单元通过遥控信号接收机、无线传输模块与所述地面站系统通讯，获取头控器和手控器的控制信号、PC控制台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；