专利名称：一种用于航模的自动驾驶仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种飞行器用自动驾驶仪，特别涉及用于航模飞行器的自动驾驶仪。
背景技术：
飞行器用自动驾驶仪能在没有人为干预的情况下，根据自身各种传感器采集的相关信息， 完成飞行过程中的各种姿势方位调整和动力控制，以保证飞行器按照既定的飞行参数飞行。 目前己有的自动驾驶仪基本都是用在战机，无人机，大型客机以及舰载飞机等大型飞行器上 面，它们的系统非常复杂，安全性要求高，技术通常是保密的，最重要的是这些自动驾驶仪 一般都体积大，重量重，价格昂贵，并不适合航模飞行器的使用。
实用新型内容
为了解决以上现有技术中的不足，本发明提供一种可用于航模的高度集成化的自动驾驶仪。
本发明的技术方案为， 一种用于航模的自动驾驶仪，包括微处理器，传感系统和�？亟� 收及控制接口，其中
微处理器带有飞控数据处理及�：刂葡低常茏既芳笆钡亟邮崭髦忠８幸２馐荩� 通过�：砑际醵允萁写恚范ê侥５淖刺⑹涑隹刂菩藕鸥侥５亩η� 向舵，尾舵，使航模作出相应的控制动作；
传感系统包括方位检测仪，高度检测仪，速度检测仪和能量检测仪。
�？亟邮占翱刂平涌谕奔嫒菸尴咭？睾臀藜肚刂平涌�。普通�？睾侥５慕邮眨� 用FM调制接收的，编码方式是四通道或六通道，输出的是四或六通道的比例脉冲宽度，而 驱动的无级驱动对应一个脉冲宽度，只是收到的是四通道或六通道混合的数据，而驱动的是 单一通道的脉宽；与普通遥控航模不同的是自动驾驶仪收到四或六通道的比例控制信号后 还需要根据自身传感器得到的自身状态数据经计算后发给相应脉宽控制信号给动力驱动，方 向舵，尾舵等。
方位检测仪为三轴方向传感器，它通过感应地球磁场的强度和方向来确定航模本身的方 位，在实际操作中，三轴方向传感器测定航模在X，Y，Z轴空间中的方位值，并将数据传输到 微处理器中，微处理器将数据与指令或计算要求的方位值进行比较，用方位差产生相应的控制量给予相应的控制终端，使航模自身方位发生改变，不断循环这个过程，就达到了方位锁 定和控制的目的。解决了普通航模在空中飞行时，因漂移而改变方位而无法自动纠正，必须
操作者手动修正的问题；三轴方向传感器相对于飞机上使用的姿态传感器，其精度和环境要
求都不高，相对简单，重量和成本也较低，比较适合航模使用。
高度检测仪包括超声波高度检测仪和气压高度传感器，主要用于测定和锁住航模高度。 超声波高度检测仪通过向下发射超声波，到达地面后又被反射回接收装置的方式来测定航模 的高度，所使用的超声波高度检测仪发射方向垂直向下，散射角度要求不严，优选小角度的 发射和接收探头，为使产品的重量尽可能的小，首选小体积的收发一体探头。超声波高度检 测仪会在航模上电初始化时先测出起落架的高度，既可在飞行过程中锁定飞行高度，还可以 在降落时探知是否已经降落到地面，防止降落时摔机。但是由于超声波在空气中的衰减，当 高度超过一定距离时，超声波检测会失效，此时则启动气压高度传感器来检测高度，气压高 度传感器的量程可以覆盖整个大气压范围，但不同气压环境对高度测量有影响，地形对相对
高度的测量也有影响，因此，在本实用新型的具体设计中，处于超声波的有效距离50米以内
时，以超声波高度检测仪为主传感器，当航模高度超过这个距离时，则以气压高度传感器为 主传感器，辅助以超声波高度检测仪的数据对高度数据进行修正，以避免地形、气压变化造 成的撞机。当然，对于高度不会超过超声波检测范围的航模，为简化自动驾驶仪，也可以不 使用气压高度传感器。
速度检测仪可以为定向微波多普勒测速雷达或两轴超声波测速仪，它们可分别用于直升 机航�：突杌侥�。定向微波多普勒测速雷达可以测定航模姿态和位置的移动速度，它采 用定向收发天线，发射频率和本振频率不同但都具有高稳定性，频率相差几到几百千赫兹， 除可以检测到航模的移动，还可以检测到前后左右四个方向的绝对速度，对于直升机航模，
由于直升机航模需要在空中悬停，此时因空气流动，会发生空间漂移，采用两组或四组X轴 和一组或两组Y轴定向微波多普勒测速雷达锁定前后和左右两个方向的速度为零，即可保持
直升机的悬停。通过调节航模前进或后退的速度，就可以很容易地调节直升机的姿态。优选 的定向微波多普勒测速雷达可以具有一个微波发射器，两个或四个微波接收器或者一个微波 接收器，两个或四个微波发射器。定向微波多普勒测速雷达除测速外，还可进行地形跟踪， 障碍物规避等。两轴超声波测速仪是利用超声波在空气中的传播速度会受气流影响的原理， 通过检测超声波信号来检测空气的流速；而滑翔机的水平速度较快，垂直速度较�。诤侥� 所能承受的环境中风速比飞行速度小得多，只要测到空气的平流速度即可间接得到航模的飞 行速度，因此，两轴超声波测速仪可以用于检测滑翔机航模的飞行速度。本实用新型优选具 有一个超声波发射器和两个超声波接收器的两轴超声波测速仪，此种测速仪的收发器件是分开的，保证了超声波在空气中能传播一定的距离；两个接收器检测的平均时间用来计算航模 的前进速度，接收时间差用来计算横向速度。两轴超声波测速仪设计简单，性能稳定，价格 便宜。
动力检测仪主要功能是检测航模的动力，保证航模飞行的稳定安全。在电动航模中，是 电池电量检测仪；在油动航模中则是油量检测仪。以电池电量检测仪为例，在飞行过程中， 电池检测仪时时监测电池电量，并将电池电量数据传输给微处理器，当出现电池电量已经不 足以继续飞行，但操作者又没有指令要求降落时，微处理器会指令系统进入降落模式，在保 证控制正常的情况下，慢慢降低飞行高度，直到平稳降落回到地面，并停止各种动作功能， 进入系统待机状态。在航模启动时必须要有足够的电压，操作者才可以正常操作飞行，如果 开机时电池电压不足，则微处理器会根据电池检测仪的数据拒绝执行任何操作并警示操作者。
为了能适应航模的升级，本实用新型自动驾驶仪还可以包括GPS定位�？楹虶SM数传 �？�。当航模需要升级为有军工用途的无人机时，可以通过移动通讯平台和电子地图用手机 或具有GSM无线端口的PC等远端控制平台实施对航模无人机的控制和导航，真正实现远程 无人控制。通过GSM通讯，本实用新型的航模在动力允许的情况，可以达到任何有GSM信 号的地方，不再有距离限制。
本实用新型的自动驾驶仪还可以包括微型摄像头和3G无线数传�？�。微型摄像头可以 是单通道或双通道摄像头。通过配制微型摄像头和3G无线数传�？椋梢越侥７苫� 为小型无人侦察机。它的远端控制平台配置为具有3G无线收发功能的显示器及相应的控制 操作平台；微型摄像机将拍摄到的动态图像通过机载3G无线数传�？榉⒒馗刂撇僮髌教� 的3G终端，3G终端将接收到的画面通过终端显示器显示出来，控制台的操作员通过画面分 析发出控制指令通过3G无线数传�？樵俜祷馗奕嘶奕嘶莶僮髦噶罴白陨矶ㄎ恍� 息控制相关驱动，使无人机调整自身位置状态，让操作者看到需要进一步了解的地方。在无 人机从起飞到预定位置前，操作者可以直接下达需要位置的GPS坐标给无人机。在到达预定 目标后，可以改为对控制台的适时操作，以达到远程现场侦察的目的。
为进一步升级航模的远程监控功能，自动驾驶仪还可以包括电视眼镜和视觉识别系统。 这种系统是通过对人眼的动作分析产生操作员所需要的控制指令系统。如转头代表转向， 头的俯仰代表升降，眼球的转动代表摄像头的转动，目光的夹角可以调焦，在调焦范围以外 则控制前进后退等。通过一系列操作员的监控动作，可调整无人机及摄像头的动作，使无人 机与人的思维融为一体，从而达到随心所欲控制无人机的目的。
本实用新型的自动驾驶仪将微处理器，传感系统和遥控接收及控制接口集成在一块电路 板上。本实用新型的优点1、 本实用新型的自动驾驶仪针对航模的特点，采用多种高度集成化、�？榛拇邢低� 检测航模飞行的方位、高度、速度和动力情况，微处理器根据传感系统获得的数据进行实时 计算和分析，并通过控制信号调整航模姿态方位，使航模在没有人为干预的情况下实现自动 飞行。
2、 本实用新型的自动驾驶仪各部分是相对独立的模块，具有一定的可替换性，能够适应 各种航模类型，同时还保证了系统今后的升级换代。
3、 本实用新型的自动驾驶仪各部分是高度集成小型化设计，保证了对各种航模类型的载 荷适应。
4、 本实用新型的自动驾驶仪将尽可能多的功能�？榧稍谝豢榈缏钒迳希涮寤 ⒅� 量轻、成本低、安装拆卸简便，特别适合航模的使用。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图2是实施例1中的超声波高度检测仪9的侧面示意图3是实施例1中的定向微波多普勒测速雷达10的侧面示意图4是实施例1中的定向微波多普勒测速雷达10的正面示意图5是本实用新型实施例2的结构示意图6是本实用新型实施例3的结构示意图
图7是本实用新型实施例4中的两轴超声波测速仪21的正面示意图。
具体实施方式
根据附图，具体说明本实用新型的实施例。 实施例1
本实用新型的自动驾驶仪l，用于直升机航模，包括微处理器2，传感系统3和�？亟邮� 及控制接口 4，微处理器2带有飞控数据处理及�：刂葡低常芙邮詹⒋泶邢低�3传 输过来的各种数据，并根据这些数据发出控制信号给航模的动力驱动，方向舵和尾舵5，同 时微处理器2也通过�？亟邮占翱刂平涌� 4接收航模遥控器6发出的信号数据。
传感系统3包括方位检测系统，高度检测系统，速度检测系统和动力检测系统。
其中方位检测系统为三轴方向传感器7，用于检测和锁定航模的方位；高度检测系统为超声波高度检测仪9，超声波高度检测仪9位于自动驾驶仪1电路板8 的下方，具有收发一体化探头91，超声波92发射方向为垂直地面S向下，如图2所示；
速度检测系统为向下倾斜的定向微波多普勒测速雷达10,位于自动驾驶仪1电路板8的 下方，该定向微波多普勒测速雷达IO可以有一个微波发射器101,两个微波接收器102(如 图3和4)或者四个微波接收器(增加的两个微波接收器在图4中标识为104),或者两个或 四个微波发射器， 一个微波接收器(未图示)。微波103的发射方向也是朝向地面S，定向微 波多普勒测速雷达10能检测和锁定前后和左右两个方向的速度。
动力检测系统为电池电量检测仪11，它能实时将电池电量数据传输给微处理器2，当电 池电量已经不足以继续飞行时，但操作者又没有指令时，微处理器2会发出控制信息指令动 力驱动，方向舵和尾舵6进入降落模式。
实施例2
本实用新型的自动驾驶仪1，用于升级为军工用途的无人直升侦察机。与实施例2结构 基本相同，在实施例2的基础上增加了以下�？�
高度检测系统中除超声波高度检测仪9外，还增加了气压高度传感器13，当航模高度超 过超声波的有效范围50米时，以气压高度传感器13的数据为主，同时辅以超声波高度检测 仪9的数据进行修正，以避免地形、气压变化造成的数据误差。
同时还增加GPS定位�？�14和GSM数传�？�15,通过远端控制平台16，比如移动通 讯平台和电子地图用手机或具有GSM无线端口的PC，可以对航模进行远程控制，控制权限 由象汽车�？厮谎氖侗鹇胧侗�。通过GPS接收到的自身位置信息与操作员指令指定的位 置信息传输给微处理器2，由微处理器2发出控制信息控制无人机的飞行，自主驾驶到需要 的目的地。
同时还可以增加微型摄像头17和3G无线数传�？�18，微型摄像头17可以是单通道或 双通道摄像头，微型摄像头17将拍摄的图像数据传输到微处理器2，微处理器2通过3G无 线数传模块18将图像数据发送给远端控制平台16,该平台16应该具有3G无线收发功能的 显示器及相应的控制操作平台，远端控制平台16的操作员对数据进行处理和分析，再通过 3G无线数传�？�18给微处理器2发出指令，由微处理器2发出控制信号给航模的动力驱动， 方向舵和尾舵6。
实施例3
为了使无人机的操控更加容易，还可以在上述实施例2的基础上在远端控制平台16中增 加视觉识别系统19，并在远端控制平台16上增加一电视眼镜20，即可使远端控制平台16的操作员的眼睛动作成为操控无人机的指令，比如说，当操作员转头时，眼睛发生了转动，视 觉识别系统19将该人眼动作分析识别为转向指令，并通过3G无线数传�？�18将指令发给 微处理器2，由微处理器2发出控制信号给航模的动力驱动，方向舵和尾舵6。
实施例4
本实用新型的自动驾驶仪l，用于滑翔机航模，与实施例2、 3结构基本相同，不同的地 方在于速度检测系统使用两轴超声波测速仪21，它装在自动驾驶仪l的电路板8上，具有一 个超声波发射器211和两个超声波接收器212，其检测面需要水平裸放在空气中，以保证检 测数据的准确性。由于超声波高度检测仪9与两轴超声波测速仪21都使用超声波进行检测， 为了两者不发生干扰可以采用两种方法解决，第一种是两者选用不同频率的超声波；第二种 是采用分时工作，即工作时间不同的方式。
权利要求1.一种用于航模的自动驾驶仪，包括微处理器，传感系统和�？亟邮占翱刂平涌冢涮卣髟谟谖⒌缒源砥鞔蟹煽厥荽砑澳：刂葡低常淮邢低嘲ǚ轿患觳庖牵叨燃觳庀低常俣燃觳庀低澈投觳庀低�。
2. 根据权利要求l所述的自动驾驶仪，其特征在于方位检测仪为二轴方向传感器；速度检测 系统为定向微波多普勒测速雷达或两轴超声波测速仪，动力检测系统为电池电量检测仪或油 量检测仪。
3. 根据权利要求2所述的自动驾驶仪，其特征在于所述定向微波多普勒测速雷达具有一个微波发射器，两个或四个微波接收器或者两个或四个微波发射器， 一个微波接收器；所述两轴 超声波测速仪具有一个超声波发射器和两个超声波接收器。
4. 根据权利要求3所述的自动驾驶仪，其特征在于高度检测系统为超声波高度检测仪。
5. 根据权利要求3所述的自动驾驶仪，其特征在于高度检测系统为超声波高度检测仪和气压 高度传感器。
6. 根据权利要求4或5任一项所述的自动驾驶仪，其特征在于所述超声波高度检测仪具有小 体积的收发一体化探头。
7. 根据权利要求6所述的自动驾驶仪，其特征在于所述的超声波高度检测仪和两轴超声波测 速仪设定的超声波频率不同或工作时间不同。
8. 根据权利要求7所述的自动驾驶仪，其特征在于还可以包括GPS定位�？楹虶SM数传模 块。
9. 根据权利要求8所述的自动驾驶仪，其特征在于还可以包括微型摄像头和3G无线数传模 块，微型摄像头可以是单通道或双通道摄像头。
10. 根据权利要求9所述的自动驾驶仪，其特征在于还可以包括电视眼镜及视觉识别系统模 块。
专利摘要本实用新型公开了一种用于航模的自动驾驶仪，它包括微处理器，传感系统和�？亟邮占翱刂平涌冢⒋砥鞔蟹煽厥荽砑澳：刂葡低常淮邢低嘲ǚ轿患觳庀低常叨燃觳庀低常俣燃觳庀低澈投觳庀低常灰？亟邮占翱刂平涌谖嫒菸尴咭？睾臀藜肚刂频慕涌�。本自动驾驶仪针对航模的特点，采用多种高度集成化、�？榛拇邢低臣觳夂侥７尚械姆轿�、高度、速度和动力情况，微处理器根据传感系统获得的数据进行实时计算和分析，并通过控制信号调整航模姿态方位，使航模在没有人为干预的情况下实现自动飞行。自动驾驶仪的这些功能�？榧稍谝豢榈缏钒迳希寤�、重量轻、成本低、安装拆卸简便，特别适合航模的使用。
文档编号G01C21/00GK201348739SQ200820181139
公开日2009年11月18日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者宋建明 申请人:宋建明
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
