一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，包括多旋翼无人飞行器、系留线缆和地面工作站，多旋翼无人飞行器和地面工作站通过系留线缆相连接；所述多旋翼无人飞行器包括飞控模块、导航模块、动力模块、机载电源、机载备用电池组、机载数据处理模块、机载任务设备、机架和智能降落伞；所述系留线缆为轻型抗拉光电复合缆，包括高压输电线缆、单模光纤和抗拉芳纶；所述地面工作站包括地面或车载高压电源、电缆绞盘和地面站。

A measurement type multi rotor tethered unmanned aerial vehicle system

The utility model provides a measuring type multi rotor unmanned aerial vehicle system, including a multi rotor unmanned aerial vehicle, a tethered cable and a ground workstation. The multi rotor unmanned aerial vehicle and the ground workstation are connected by a wire cable. The multi rotor unmanned aerial vehicle includes a flight control module, a navigation module, a power module, and a power module. Airborne power, airborne standby battery, airborne data processing module, airborne mission equipment, rack and intelligent parachute; the tethered cable is a light tensile optoelectronic composite cable, including high voltage transmission cable, single mode fiber and aramid fiber; the ground workstation includes ground or vehicular high voltage power supply, cable winch and ground. Face station.

【技术实现步骤摘要】
一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统
本技术涉及一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统。
技术介绍
在当前民用和军用领域中，通过升空平台搭载任务载荷能够完成多种任务。现有的升空平台有固定翼飞行器、直升机、飞艇、系留气球等。这些升空平台虽然扩大了任务载荷的探测或作战范围，但也存在一些明显的缺陷。固定翼飞行器需要携带燃料提供飞行所需的动力，留空时间不长，且不能在空中定点悬停；直升机虽然可以空中悬停，但是所携带的燃料有限，留空时间短；飞艇和系留气球体积庞大，执行军事任务时易被发现和击毁，同时升降过程复杂，充放气时间长，效率较低。基于以上问题，近年来国内外多采用多旋翼无人飞行器替代当前空中平台搭载任务载荷完成各种任务。多旋翼无人飞行器具有定点悬停、悬停精度高、操作便捷、性价比高、体积小等优势，但是其受限于供电电池的容量与重量，依旧存在留空时间短，载重有限的问题。因此，逐步出现了多旋翼系留无人飞行器。多旋翼系留无人飞行器借鉴系留气球的工作模式，通过系留电缆与地面供电分系统为飞行器供电，该技术方案很好地弥补了多旋翼飞行器续航时间短的缺陷，但是由于系留电缆和机载电源技术及智能化水平的限制，目前市面上大部分多旋翼系留无人飞行器的载重能力和悬停精度无法满足雷达、光电等高精度任务设备的需求。
技术实现思路
为克服目前多旋翼系留无人飞行器存在的不足，本技术提供一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，包括多旋翼无人飞行器、系留线缆和地面工作站，多旋翼无人飞行器和地面工作站通过系留线缆相连接；所述系留线缆用于地面工作站向多旋翼无人飞行器供电及二者之间的通信；所述多旋翼无人飞行器包括飞控模块、传感器、导航模块、动力模块、机载电源、机载备用电池组、机载数据处理模块、机载任务设备、机架和智能降落伞，其中，所述机载电源的输入与系留线缆连接，机载电源的输出分别与飞控模块、导航模块、动力模块、机载数据处理模块、机载任务设备及智能降落伞连接并为它们供电；所述导航模块与飞控模块连接，并将多旋翼无人飞行器的位姿信息发送给飞控模块；所述动力模块与飞控模块连接，并接收飞控模块的控制信号；所述机载备用电池组与飞控模块、导航模块、动力模块、机载数据处理模块及智能降落伞连接，并在常规供电链路即机载电源故障时为它们供电；所述机载数据处理模块分别与飞控模块、机载电源、机载任务设备及系留线缆连接，机载数据处理模块用于进行通信数据转换和互传；所述智能降落伞与飞控模块连接，接受飞控模块控制指令；所述机架为所有机载设备提供承载平台，并与系留线缆连接；所述系留线缆为轻型抗拉光电复合缆，包括高压输电线缆、单模光纤和抗拉芳纶；所述地面工作站包括地面或车载高压电源、电缆绞盘和地面站，其中，所述地面或车载高压电源分别与电缆绞盘和地面站连接，并为它们供电；所述地面或车载高压电源与系留线缆连接，通过系留线缆进行电能传输；所述电缆绞盘与地面站连接，接收地面站控制指令；所述地面站与系留线缆连接，通过系留线缆进行数据传输；所述地面站与机载数据处理模块无线通信，作为有线通信链路的备份。所述飞控模块根据导航模块和其内部传感器提供的飞行器位姿及状态信息，产生控制信号发送给动力模块，对飞行器进行实时的位姿控制。所述导航模块包括卫星导航单元和惯性组合导航单元；卫星导航单元接受的GPS或北斗卫星导航系统的实时定位数据与惯性组合导航单元采集到的角度和加速度数据相融合，得到多旋翼无人飞行器的位姿信息发送给飞控模块。所述动力模块包括无刷直流电机、电机驱动器和桨叶，动力模块为多旋翼无人飞行器提供飞行动力；所述电机驱动器与飞控模块连接，接受飞控模块的控制信号；所述电机驱动器的输入与机载电源和机载备用电池组连接，电机驱动器的输出与无刷直流电机连接，驱动无刷直流电机旋转，并调节其转速；所述桨叶与无刷直流电机转子固连，旋转产生不同的升力以调整飞行器的位姿。所述机载电源包括高压大功率DC-DC降压变换器、辅助电源和电源管理单元；其中，所述高压大功率DC-DC降压变换器的输入与系留线缆连接，高压大功率DC-DC降压变换器的输出分别与辅助电源及动力模块连接，将地面或车载高压电源输出的高压转换为低压为辅助电源和动力模块供电；所述辅助电源分别与电源管理单元、飞控模块、导航模块、机载数据处理模块、机载任务设备及智能降落伞连接，将高压大功率DC-DC降压变换器输出的低压电转换为机载端各用电设备的输入电压，并为它们供电；所述电源管理单元分别与高压大功率DC-DC降压变换器、辅助电源、飞控模块及机载数据处理模块连接，负责监控机载电源的运行状态，并实时与飞控模块和地面站保持通信。所述机载备用电池组作为多旋翼无人飞行器常规供电链路发生故障时的应急电源，为飞行器紧急着陆提供电能，机载备用电池组具备智能充放电控制单元，能够实现自主平衡充放电。所述机载数据处理模块包括有线数据处理模块和无线数据处理模块，负责机载端和地面通信接口的转换和数据处理。所述机载任务设备为一种或者多种不同的任务载荷，根据不同的任务需求，任务设备挂载于多旋翼无人飞行器升至空中，将获取的数据发送给机载数据处理模块，通过有线通信链路传输至地面站；所述机架作为多旋翼无人飞行器结构承载部分，为各机载设备提供安装结构和承载平台；所述智能降落伞为多旋翼飞行器发生严重故障时的飞行器坠落缓冲装置。所述地面或车载高压电源将燃油发电机或取力电机发出的交流电转换为高压直流电，通过系留线缆传输给多旋翼无人飞行器，地面或车载高压电源具有线缆压降补偿、过载限流、过压保护、短路保护的功能；所述电缆绞盘能够根据无人机的飞行状态实现智能同步收放系留线缆的功能，在多旋翼无人飞行器起飞、降落和悬停的过程中，动态控制系留线缆上的张力，自适应跟随飞行器的主动运动以及空中风速的变化，与此同时，电缆绞盘能够通过控制系留线缆张力变化，辅助飞行器进行精准着陆。所述地面站包括综合操控设备、显控终端和地面数据处理模块，通过地面站软件发送多旋翼无人飞行器运动指令，实时监控并记录飞行器飞行状态以及动力模块、机载电源、电缆绞盘的运行状态。有益效果：本技术具有如下优势：a)平台结构设计简单，已经逐渐走向实用，可以实现长时间定点悬停；b)控制方式相对简单，悬停精度高，效果好；c)自身体积相对较小，操作便捷，机动性好，隐身性好；d)智能化程度高，系留线缆智能同步收放，展开撤收方便；e)制造和维护成本较低，性价比高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术做更进一步的具体说明，本技术的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本技术各组成部分连接示意图；图2是本技术供电链路示意图；图3是本技术有线通信链路示意图。具体实施方式下面将结合附图对本技术作详细说明。如图1、图2和图3所示，本技术的一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统由多旋翼无人飞行器、系留线缆和地面工作站组成，多旋翼无人飞行器和地面工作站通过系留线缆相连接。下面分别对具体实施中的多旋翼无人飞行器、系留线缆和地面工作站加以说明。多旋翼无人飞行器由飞控模块、导航模块、动力模块、机载电源、机载备用电池组、机载数据处理模块、机载任务设备、机架、智能降落伞等组成。飞控模块作为多旋翼无人飞行器的大脑，根据导航模块和各传感器提供的飞行器位姿及状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，包括多旋翼无人飞行器、系留线缆和地面工作站，其特征在于，所述多旋翼无人飞行器和地面工作站通过系留线缆相连接；所述系留线缆用于地面工作站向多旋翼无人飞行器供电及二者之间的通信；所述多旋翼无人飞行器包括飞控模块、导航模块、动力模块、机载电源、机载备用电池组、机载数据处理模块、机载任务设备、机架和智能降落伞，其中，所述机载电源的输入与系留线缆连接，机载电源的输出分别与飞控模块、导航模块、动力模块、机载数据处理模块、机载任务设备及智能降落伞连接并为它们供电；所述导航模块与飞控模块连接，并将多旋翼无人飞行器的位姿信息发送给飞控模块；所述动力模块与飞控模块连接，并接收飞控模块的控制信号；所述机载备用电池组与飞控模块、导航模块、动力模块、机载数据处理模块及智能降落伞连接，并在常规供电链路即机载电源故障时为它们供电；所述机载数据处理模块分别与飞控模块、机载电源、机载任务设备及系留线缆连接，机载数据处理模块用于进行通信数据转换和互传；所述智能降落伞与飞控模块连接，接受飞控模块控制指令；所述机架为所有机载设备提供承载平台，并与系留线缆连接；所述系留线缆为轻型抗拉光电复合缆，包括高压输电线缆、单模光纤和抗拉芳纶；所述地面工作站包括地面或车载高压电源、电缆绞盘和地面站，其中，所述地面或车载高压电源分别与电缆绞盘和地面站连接并供电；所述地面或车载高压电源与系留线缆连接，通过系留线缆进行电能传输；所述电缆绞盘与地面站连接，接收地面站控制指令；所述地面站与系留线缆连接，通过系留线缆进行数据传输；所述地面站与机载数据处理模块无线通信，作为有线通信链路的备份。...

【技术特征摘要】
1.一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，包括多旋翼无人飞行器、系留线缆和地面工作站，其特征在于，所述多旋翼无人飞行器和地面工作站通过系留线缆相连接；所述系留线缆用于地面工作站向多旋翼无人飞行器供电及二者之间的通信；所述多旋翼无人飞行器包括飞控模块、导航模块、动力模块、机载电源、机载备用电池组、机载数据处理模块、机载任务设备、机架和智能降落伞，其中，所述机载电源的输入与系留线缆连接，机载电源的输出分别与飞控模块、导航模块、动力模块、机载数据处理模块、机载任务设备及智能降落伞连接并为它们供电；所述导航模块与飞控模块连接，并将多旋翼无人飞行器的位姿信息发送给飞控模块；所述动力模块与飞控模块连接，并接收飞控模块的控制信号；所述机载备用电池组与飞控模块、导航模块、动力模块、机载数据处理模块及智能降落伞连接，并在常规供电链路即机载电源故障时为它们供电；所述机载数据处理模块分别与飞控模块、机载电源、机载任务设备及系留线缆连接，机载数据处理模块用于进行通信数据转换和互传；所述智能降落伞与飞控模块连接，接受飞控模块控制指令；所述机架为所有机载设备提供承载平台，并与系留线缆连接；所述系留线缆为轻型抗拉光电复合缆，包括高压输电线缆、单模光纤和抗拉芳纶；所述地面工作站包括地面或车载高压电源、电缆绞盘和地面站，其中，所述地面或车载高压电源分别与电缆绞盘和地面站连接并供电；所述地面或车载高压电源与系留线缆连接，通过系留线缆进行电能传输；所述电缆绞盘与地面站连接，接收地面站控制指令；所述地面站与系留线缆连接，通过系留线缆进行数据传输；所述地面站与机载数据处理模块无线通信，作为有线通信链路的备份。2.根据权利要求1所述的一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，其特征在于，所述飞控模块根据导航模块和其内部传感器提供的飞行器位姿及状态信息，产生控制信号发送给动力模块，对飞行器进行实时的位姿控制。3.根据权利要求1所述的一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，其特征在于，所述导航模块包括卫星导航单元和惯性组合导航单元；卫星导航单元接受的GPS或北斗卫星导航系统的实时定位数据与惯性组合导航单元采集到的角度和加速度数据相融合，得到多旋翼无人飞行器的位姿信息发送给飞控模块。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种测量型多旋翼系留无人飞行器系统，其特征在于，所述动力模块包括无刷直流电机、电机驱动器和桨叶，动力模块为多旋翼无人飞行器提供飞行动力；所述电机驱动器与飞控模块连接，接受飞控模块的控制信号；所述电机驱动器的输入与机载电源和机载备用电池组连接，电机驱动器的输出与无刷直流电机连接，驱动无刷直流电...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘欣辉，宋亮，姚连喜，万韬，郭贺，李智君，俞旻杰，刘鹏，王世勇，刘重九，杨宏昊，顾香琴，
申请(专利权)人：江苏和正特种装备有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32