一种低空环境监测无人机系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种低空环境监测无人机系统，包括气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元、任务设备接口、无线传输模块、PWM信号隔离模块、飞行控制计算机、电源模块以及地面站，飞行控制计算机分别与气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元以及PWM信号隔离模块相连接，飞行控制计算机通过无线传输模块与地面站相连接，电源模块为整个系统提供电力支持，任务设备接口连接于任务设备。本实用新型专利技术提供的一种低空环境监测无人机系统，其采用模块化设计思路，利用北斗双模差分定位技术，使无人机能在一些高度在几十厘米到几米范围内的超低空特殊环境中实时快速监测。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于无人机
，具体涉及一种高度在几十厘米到几米范围内的超低空等特殊环境的快速监测无人机系统。
技术介绍
不需要驾驶员驾驶的飞行器被称为无人飞行器(UnmannedAerialVehicle，UAV)，也叫做无人机，它具备垂直起降和空中悬停的特点，适合在狭小的空间范围内执行任务；还可以将航空摄像机、测绘仪器和中继通信节点以及小型杀伤性武器等装置搭载到无人机上，在人工遥控或自主飞行状态下，沿着特定的航线飞行，完成相应的任务。近年来，对时间要求快、距离要求低的环境监测还缺乏有效的手段。微型或小型无人机不但机械结构简单，并且飞行机动能力更加灵活。此外，小型六旋翼无人机具备更灵活的可操控性，能在小范围内起飞、盘旋、飞行和着陆，由于其体积小巧、机动性灵活则可以近距离的贴近目标区域。且由于其特殊的机身机构，贴近地面飞行时的地面效应不明显，因此它非常适合于飞行高度在几十厘米到几米范围内的超低空飞行等特殊场合。随着科技的发展，无人机的应用领域已逐渐从军用过渡到民用、警用。无论在气象勘测、灾情调查、环境保护等民用领域，还是针对追捕逃犯、瓦解恐怖活动等的警用领域，都有着很大的需求空间。但是现有大多小型无人机技术尚不能高精度完成在低空飞行、部分山区等特殊环境下的动态监测和定期监测，环境适应性无法满足实际需要，而低空遥感动态监测及应急监测主要用于小范围多次反复动态监测等。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的不足，本技术提供了一种低空环境监测无人机系统，其采用模块化设计思路，利用北斗双模差分定位技术，使无人机能在一些高度在几十厘米到几米范围内的超低空特殊环境中实时快速监测。为解决上述问题，本技术具体采用以下技术方案：一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，包括气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元、任务设备接口、无线传输模块、PWM信号隔离模块、飞行控制计算机、电源模块以及地面站，所述飞行控制计算机分别与气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元以及PWM信号隔离模块相连接，所述飞行控制计算机通过无线传输模块与地面站相连接，所述电源模块为整个系统提供电力支持，所述任务设备接口连接于任务设备。飞行控制计算机负责采集各机载传感器的信息；接收机载无线电测控系统传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据，进行数据处理，从而实现各种飞行模态的控制律和任务的管理、控制信号输出、状态信息发送等功能。飞控计算机要求具有实时性、可靠性和嵌入式等特点。实时性要求输入的导航数据以最快的速度处理并以最短的延时输出控制信号。可靠性要求抗干扰能力强，有较宽的工作温度范围和抗电磁干扰等。嵌入性要求尽量小、轻的体积重量。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述气压高度计为实现无人机导航定位的数字式气压传感器。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述地磁传感器为测量无人机航向的高精度三轴数字式地磁传感器，其负责测量飞行器航向。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述陀螺仪为测量无人机单位时间内角度变化量的偏航角速度传感器。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述加速度计为测量无人机三维空间域各方向加速度的三轴加速度传感器，其负责测量飞行器三维空间域各方向的加速度。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述任务设备包括航拍设备、气体检测仪、气象参数检测仪。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述PWM信号隔离模块配置有6个直流无刷电机，通过调整电压大小从而控制电机转速，以控制无人机飞行速度。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述北斗差分定位系统包括GPS接收机、GPS天线以及北斗二代，所述GPS接收机与飞行控制计算机相连接，所述北斗二代通过GPS天线与GPS接收机相连接。前述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述无人机为小型多旋翼式无人飞行器。本技术的有益效果：本技术提供的一种低空环境监测无人机系统，机械结构简单，飞行机动能力更加灵活。且无人机体积小巧，可以近距离的贴近目标区域，弥补在复杂的隧道、山林等超低空环境下机器人监测车等灵敏性不足的问题；此外，北斗/GPS双模系统不仅精度高，而且北斗还具有在特殊环境下短报文通信功能，可弥补在十几厘米的低空、部分山区等复杂环境下受外界干扰或通信彻底中断等问题，具有良好的应用前景。附图说明图1为本技术的低空环境监测无人机系统的结构框图；图2为本技术的气压计数据处理框图；图3为本技术的气压高度计原理图；图4为本技术的地磁传感器原理图；图5为本技术的加速度计原理图；图6为本技术的陀螺仪原理图。附图标记含义如下：1：气压高度计；2：地磁传感器；3：陀螺仪；4：加速度计；5：北斗差分定位系统；6：惯性测量单元；7：任务设备接口；8：无线传输模块；9：PWM信号隔离模块；10：飞行控制计算机；11：电源模块；12：地面站。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步描述。如图1所示，一种低空环境监测无人机系统，包括分别为无人机实时提供高度、姿态角、角速度、加速度数据信息的气压高度计1、地磁传感器2、陀螺仪3、加速度计4、为无人机实时提供三维位置及时间数据的北斗差分定位系统5、实时提供姿态数据和定位数据的惯性测量单元6（IMU）、与任务设备相连接的任务设备接口7、保障无人机与地面站间良好通信的无线传输模块8、可通过调整电机转速控制无人机各飞行动作的PWM信号隔离模块9、控制无人机完成导航、计划任务的飞行控制计算机10、为整个系统提供电力支持的电源模块11以及与无人机实时交换姿态以及位置等相关信息的地面站12，所述飞行控制计算机10分别与气压高度计1、地磁传感器2、陀螺仪3、加速度计4、北斗差分定位系统5、惯性测量单元6以及PWM信号隔离模块9相连接，所述飞行控制计算机10通过无线传输模块8与地面站12相连接。其中，所述气压高度计1为实现无人机导航定位的数字式气压传感器，所述地磁传感器2为测量无人机航向的高精度三轴数字式地磁传感器，所述陀螺仪3为测量无人机单位时间内角度变化量的偏航角速度传感器，所述加速度计4为测量无人机三维空间域各方向加速度的三轴加速度传感器，与上述地磁传感器2结合使用，能精确罗盘航向信息。所述任务设备接口可搭载的任务设备包括有航拍设备、气体检测仪、气象参数检测仪等多个设备，采集多种所需参数信息，所述无线传输模块是飞行器系统的重要组成部分，无人机与地面站间即通过无线传输部分进行通信，交换飞行姿态和位置等信息。此外，所述地面站包括有监控计算机、遥控器。所述PWM信号隔离模块9即为PWM信号隔离驱动电机，配置有6个直流无刷电机。进一步的，所述北斗差分定位系统5包括GPS接收机、GPS天线以及北斗二代，所述GPS接收机与飞行控制计算机10相连接，所述北斗二代通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，包括气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元、任务设备接口、无线传输模块、PWM信号隔离模块、飞行控制计算机、电源模块以及地面站，所述飞行控制计算机分别与气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元以及PWM信号隔离模块相连接，所述飞行控制计算机通过无线传输模块与地面站相连接，所述电源模块为整个系统提供电力支持，所述任务设备接口连接于任务设备。

【技术特征摘要】
1.一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，包括气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元、任务设备接口、无线传输模块、PWM信号隔离模块、飞行控制计算机、电源模块以及地面站，所述飞行控制计算机分别与气压高度计、地磁传感器、陀螺仪、加速度计、北斗差分定位系统、惯性测量单元以及PWM信号隔离模块相连接，所述飞行控制计算机通过无线传输模块与地面站相连接，所述电源模块为整个系统提供电力支持，所述任务设备接口连接于任务设备。
2.根据权利要求1所述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述气压高度计为实现无人机导航定位的数字式气压传感器。
3.根据权利要求1所述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述地磁传感器为测量无人机航向的高精度三轴数字式地磁传感器。
4.根据权利要求1所述的一种低空环境监测无人机系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，姚颖莉，沈晓燕，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32