[發明專利]一種用于捷聯制導無人機的控制系統

在審

• 申請號: 201811110660.X
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109270945A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 劉暢;楊亞超
• 申請（專利權）人: 北京大翔航空科技有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;仇蕾安

本發明公開一種用于捷聯制導無人機的控制系統，包括圖像導引頭、圖像處理模塊和導航制導控制模塊；圖像導引頭捷聯于無人機上，用于拍攝目標區域的圖像信息；圖像處理模塊將圖像信息發送給地面站，地面站在圖像信息中選定攻擊目標，并觸發捷聯末制導攻擊指令，將所選目標在當前幀圖像中的位置信息與捷聯末制導攻擊指令傳遞至圖像處理模塊；圖像處理模塊接收到位置信息與指令后得到制導信息，并將所述制導信息通過快速實時訂閱與發布協議發送給導航制導控制模塊；導航制導控制模塊接收到圖像處理模塊實時傳遞來的制導信息后，通過外環航跡控制回路和內環姿態控制回路得到無人機的舵機控制量，對無人機進行位姿控制。

技術領域

本發明屬于飛行器導航制導與控制的技術領域，具體涉及一種用于捷聯制導無人機的控制系統。

背景技術

目前，一般基于光學捷聯導引頭的微小型無人機機載電氣設備包含兩個重要的模塊：導航/制導與控制模塊和圖像處理模塊。這兩個模塊的供電系統獨立，且會分別與數據傳輸模塊相連接，分別將各自獲取的無人機的姿態信息、導航信息及指令與導引頭的圖像信息及指令通過該數據鏈路回傳至地面站。導航/制導與控制模塊需要的制導信息由圖像處理模塊提供，信息傳輸遵循MAVLink(Micro Air Vehicle Link)通信協議。此外，導航/制導與控制模塊和圖像處理模塊各自軟硬件的系統及任務運行頻率通常不一致，而在捷聯末制導過程中人們往往期望獲取制導信息的頻率與無人機制導任務頻率相匹配，MAVLink協議對此不能做出改善，只能在導航/制導與控制模塊的軟件層面進行一些簡單的處理。

同時，從無人機系統總體的角度出發，導航/制導與控制模塊和圖像處理模塊的分離形式增加了電氣接口的復雜性，降低了使用可靠性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于捷聯制導無人機的控制系統，能夠使得末制導信息在圖像處理模塊與制導控制模塊之間的傳遞實時性更好，更可靠，解決了不同頻率的匹配問題。

實現本發明的技術方案如下：

一種用于捷聯制導無人機的控制系統，包括圖像導引頭、圖像處理模塊和導航制導控制模塊；

圖像導引頭捷聯于無人機上，用于拍攝目標區域的圖像信息；

圖像處理模塊將所述圖像信息發送給地面站，地面站操控人員在圖像信息中選定攻擊目標，并觸發捷聯末制導攻擊指令，地面站將所選目標在當前幀圖像中的位置信息與捷聯末制導攻擊指令傳遞至圖像處理模塊；圖像處理模塊接收到所述位置信息與捷聯末制導指令后利用目標跟蹤算法和制導信息提取算法得到制導信息，并將所述制導信息通過快速實時訂閱與發布協議(Fast RTPS)發送給導航制導控制模塊；

導航制導控制模塊接收到圖像處理模塊實時傳遞來的制導信息后，通過外環航跡控制回路和內環姿態控制回路得到無人機的舵機控制量，對無人機進行位姿控制。

其中，圖像處理模塊包括目標跟蹤進程、制導信息提取進程和守護進程，圖像處理模塊的守護進程為通信代理，導航制導控制模塊包括導航進程、姿態穩定進程和守護進程；導航制導控制模塊的守護進程為通信客戶端；

目標跟蹤進程實時更新目標在圖像中的位置信息，制導信息提取進程根據更新的位置信息計算目標相對無人機的視線角度與角速度，該視線角度和角速度即為制導信息；制導信息提取進程將制導信息發送給通信代理，通信代理創建包含制導信息的主題進行實時發布；

通信客戶端實時訂閱該制導信息并發布給導航制導控制模塊的其他進程；導航進程訂閱制導信息，并計算出期望的姿態信息；然后將該姿態信息發布；姿態穩定進程訂閱期望的姿態信息，并對比無人機當前姿態信息得到舵機控制量；從而控制無人機的姿態與位置；同時，姿態穩定進程將無人機當前姿態信息和舵機控制量發布；通信客戶端訂閱并發布期望的姿態信息、無人機當前姿態信息和舵機控制量；

通訊代理訂閱期望的姿態信息、無人機當前姿態信息和舵機控制量，并傳輸給地面站。