本發明涉及光機電一體化技術領域，具體為一種機電一體化無人機定位用方位調整系統及調整方法。

背景技術：

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，這是一個廣泛的定義，現在的無人機大多指的是通過操作人員在地面對飛行器進行飛行操作的裝置，它包括飛行器和地面操作設備，無人機在室外進行飛行時，由于室外的環境比較復雜，容易導致飛行器飛行航線發生偏移，無法完成正常的工作，甚至由于自然環境的影響造成無人機飛行姿態不穩而發生墜機的情況，這樣就需要對無人機飛行時進行定位調整，定位技術是無人機飛行的關鍵技術之一，使無人機在空中按既定航線或既定姿態飛行、無人機穩定懸停(在任意風速下保持相對位置不變)以及完成既定動作等，都離不開定位技術，室外的無人機定位有多種方案，包括基于GPS等衛星導航的定位，基于某特定信號源的跟蹤定位(如設置手環信號源，無人機檢測手環信號源的相對位置實現相對位置定位)，為此，我們提出一種機電一體化無人機定位用方位調整系統及調整方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種機電一體化無人機定位用方位調整系統及調整方法，以解決上述背景技術中提出的為了保持使無人機在空中按既定航線或既定姿態飛行、無人機穩定懸停(在任意風速下保持相對位置不變)以及完成既定動作等的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種機電一體化無人機定位用方位調整系統，包括中央處理器，所述中央處理器分別電性輸出連接報警單元和顯示單元，所述中央處理器分別電性雙向連接數據采集系統和數據分析系統，所述數據采集系統包括環境數據采集子系統和無人機飛行數據采集子系統，所述數據分析系統包括環境數據分析子系統和飛行數據分析子系統，所述中央處理器電性輸出連接遠程遙控系統，所述中央處理器電性輸入連接輸入單元。

優選的，所述環境數據采集子系統包括數據采集單元，所述數據采集單元分別電性輸出連接溫度傳感器、濕度傳感器、大氣壓傳感器和風力傳感器，所述數據采集單元電性輸出連接處理器，所述處理器電性輸出連接濾波單元，所述濾波單元電性輸出連接A/D轉換單元，所述A/D轉換單元電性輸出連接環境數據存儲單元。

優選的，所述無人機飛行數據采集子系統包括信息采集單元，所述信息采集單元分別電性輸入連接GPS單元、姿態傳感器、速度傳感器和三軸磁航向傳感器，所述信息采集單元電性輸出連接微處理器，所述微處理器電性輸出連接感應信號放大單元，所述感應信號放大單元電性輸出連接感應信號檢測單元，所述感應信號檢測單元電性輸出連接飛行數據存儲單元。

優選的，所述環境數據分析子系統包括數據提取單元，所述數據提取單元電性輸出連接數據分析單元，所述數據分析單元電性輸出連接控制器，所述控制器電性輸出連接對比單元，所述對比單元電性輸出連接判斷推理單元，所述判斷推理單元電性輸出連接信息反饋單元。

優選的，所述飛行數據分析子系統包括數據篩選單元，所述數據篩選單元電性輸出連接數據處理單元，所述數據處理單元電性輸出連接服務器，所述服務器電性輸出連接數據反饋單元，所述服務器電性輸出連接數學運算單元。

優選的，所述遠程控制系統包括控制信息輸入單元，所述控制信息輸入單元電性輸出連接無線數據處理單元，所述無線數據處理單元電性輸出連接無線數據發射單元，所述無線數據發射單元電性輸出連接無線數據接收單元，所述無線數據接收單元電性輸出連接無人機系統芯片。

優選的，所述姿態傳感器為相同結構的三組，且姿態傳感器為紅外姿態傳感器。

優選的，所述顯示單元包括無人機飛行模擬仿真平臺。

優選的，該基于無人機定位用方位調整方法包括如下步驟：

S1：數據采集：通過數據采集系統對無人機飛行時所處的環境數據和無人機飛行時位置和偏角信息進行采集，并將采集來的數據進行存儲；

S2：數據分析：通過數據分析系統對數據采集系統采集來的數據進行數據分析和整理；

S3：調整無人機位置：通過數據分析和整理所得的無人機的位置信息，再通過遠程遙控系統來進行對無人機的位置進行調整，使無人機在指定的高度和位置進行飛行；

S4：調整無人機仰俯角：通過數據分析和整理所得的無人機的仰俯角信息，再通過遠程遙控系統來進行對無人機的仰俯角進行調整；

S5：調整無人機滾轉角：通過數據分析和整理所得的無人機的滾轉角信息，再通過遠程遙控系統來進行對無人機的滾轉角進行調整；

S6：調整無人機偏航角：通過數據分析和整理所得的無人機的偏航角信息，再通過遠程遙控系統來進行對無人機的偏航角進行調整。

優選的，所述步驟S2分析和處理所得的數據至少包括無人機飛行位置的經度和維度、無人機飛行時的航偏角、無人機飛行時的仰俯角、無人機飛行時的滾轉角。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明的無人機定位用方位調整系統及調整方法可以很好的保持無人機按照預定飛行計劃飛行，并且能根據地面指令及時調整姿態和飛行，對自然環境對無人機的擾動具有抗干擾性，能及時從擾動中調整和恢復正常飛行，從而使得無人機飛行的更加平穩，更好的去執行工作。

附圖說明

圖1為本發明原理框圖；

圖2為本發明環境數據采集子系統原理框圖；

圖3為本發明無人機飛行數據采集子系統原理框圖；

圖4為本發明環境數據分析子系統原理框圖；

圖5為本發明飛行數據分析子系統原理框圖；

圖6為本發明遠程遙控系統原理框圖；

圖7為本發明無人機飛行調整方法流程圖；

圖8為本發明姿態傳感器結構示意圖。

圖中：1中央處理器、2報警單元、3顯示單元、4數據采集系統、41環境數據采集子系統、411數據采集單元、412溫度傳感器、413濕度傳感器、414大氣壓傳感器、415風力傳感器、416處理器、417濾波單元、418 A/D轉換單元、419環境數據存儲單元、42無人機飛行數據采集子系統、421信息采集單元、422 GPS單元、423姿態傳感器、424速度傳感器、425三軸磁航向傳感器、426微處理器、427感應信號放大單元、428感應信號檢測單元、429飛行數據存儲單元、5數據分析系統、51環境數據分析子系統、511數據提取單元、512數據分析單元、513控制器、514對比單元、515判斷推理單元、516信息反饋單元、52飛行數據分析子系統、521數據篩選單元、522數據處理單元、523服務器、524數據反饋單元、526數學運算單元、6遠程遙控系統、61控制信息輸入單元、62無線數據處理單元、63無線數據發射單元、64無線數據接收單元、65無人機系統芯片、7輸入單元。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-8，本發明提供一種技術方案：一種機電一體化無人機定位用方位調整系統，包括中央處理器1，中央處理器1分別電性輸出連接報警單元2和顯示單元3，中央處理器1分別電性雙向連接數據采集系統4和數據分析系統5，數據采集系統4包括環境數據采集子系統41和無人機飛行數據采集子系統42，述數據分析系統5包括環境數據分析子系統51和飛行數據分析子系統52，中央處理器1電性輸出連接遠程遙控系統6，中央處理器6電性輸入連接輸入單元7，數據采集系統4通過環境數據采集子系統41和無人機飛行數據采集子系統42分別對無人機飛行時所處位置的環境數據和無人機飛行時位置和偏角信息進行采集，數據分析系統5對采集來的數據進行分析，數據分析系統5通過環境數據分析子系統51對環境數據采集子系統41采集來的數據進行分析，飛行數據分析子系統52對無人機飛行數據采集子系統42采集來的數據進行數據分析，數據分析系統5分析得到的數據和信息反饋給中央處理器1，中央處理器1控制顯示單元3將分析后的數據展現出來，若無人機運行出現異常，報警單元2會發出報警信號，對操作人員進行提醒，工作人員通過遠程遙控系統6對無人機飛行的航向、高度、姿態進行調整，通過輸入單元7輸入數據對比所需的基準值。

其中，環境數據采集子系統41包括數據采集單元411，數據采集單元411分別電性輸出連接溫度傳感器412、濕度傳感器413、大氣壓傳感器414和風力傳感器415，數據采集單元411電性輸出連接處理器416，處理器416電性輸出連接濾波單元417，濾波單元417電性輸出連接A/D轉換單元418，A/D轉換單元418電性輸出連接環境數據存儲單元419，溫度傳感器412、濕度傳感器413、大氣壓傳感器414和風力傳感器415分別對無人機飛行時周圍環境的溫度、濕度、大氣壓和風速進行感應，數據采集單元411分別對溫度傳感器412、濕度傳感器413、大氣壓傳感器414和風力傳感器415感應的數據進行采集，采集后的數據通過處理器416傳遞給濾波單元417進行濾波處理，使得采集來的數據更具準確性，濾波后的數據通過A/D轉換單元418進行數據轉換，使得采集的數據被轉換成易于存儲和傳輸的數據形式；

無人機飛行數據采集子系統42包括信息采集單元421，信息采集單元421分別電性輸入連接GPS單元422、姿態傳感器423、速度傳感器425和三軸磁航向傳感器425，信息采集單元421電性輸出連接微處理器426，微處理器426電性輸出連接感應信號放大單元427，感應信號放大單元427電性輸出連接感應信號檢測單元428，感應信號檢測單元428電性輸出連接飛行數據存儲單元429，GPS單元422、姿態傳感器423、速度傳感器425和三軸磁航向傳感器425分別對無人機飛行時的位置的精緯度、姿態、速度和航向進行感應，信息采集單元421分別對GPS單元422、姿態傳感器423、速度傳感器425和三軸磁航向傳感器425感應到的數據進行采集，采集后的數據通過微處理器426傳遞給感應信號放大單元427進行信號放大處理，便于后期對數據的篩分，放大后的數據通過感應信號檢測單元428進行感應信號檢測，使得采集來的數據的準確性更加可靠，最后通過飛行數據存儲單元429對采集來的數據進行存儲；

環境數據分析子系統51包括數據提取單元511，數據提取單元511電性輸出連接數據分析單元512，數據分析單元512電性輸出連接控制器513，控制器513電性輸出連接對比單元514，對比單元514電性輸出連接判斷推理單元515，判斷推理單元515電性輸出連接信息反饋單元516，數據提取單元511對環境數據采集子系統41采集來的數據進行提取，提取來的數據通過數據分析單元512進行數據分析，數據分析的方式是提取數據中的峰值，即數據中的最大值和最小值，取得峰值進行后續數據分析工作，分析后的數據通過控制器513傳遞給對比單元514進行對比，對比單元514將分析所得的最大值和最小值分別與輸入的無人機飛行時正常的飛行環境的數據基準值范圍的最大值和最小值進行對比；

飛行數據分析子系統52包括數據篩選單元521，數據篩選單元521電性輸出連接數據處理單元522，數據處理單元522電性輸出連接服務器523，服務器523電性輸出連接數據反饋單元524，服務器523電性輸出連接數學運算單元525，數據篩選單元521對無人機飛行數據采集子系統42采集來的數據進行篩選，篩選所得的數據通過數據處理單元522進行數據處理，數據處理的方式是將多次采集來的數據進行平均值運算，取得其平均值進行后續數據分析工作，處理后的數據通過服務器523控制數學運算單元525進行數學運算，將采集來的數據與輸入的數據基準值進行運算處理，從而計算出航偏角、滾轉角、仰俯角，計算得出的數據通過數據反饋單元524反饋給中央處理器1進行后續處理；

遠程控制系統6包括控制信息輸入單元61，控制信息輸入單元61電性輸出連接無線數據處理單元62，無線數據處理單元62電性輸出連接無線數據發射單元63，無線數據發射單元63電性輸出連接無線數據接收單元64，無線數據接收單元64電性輸出連接無人機系統芯片65，通過控制信息輸入單元61輸入對無人機進行調整控制的信息，輸入的調整控制信息通過無線數據處理單元62進行數據處理，處理的方式是對輸入的信息進行轉換和信號加強，使得輸入的數據信息變得更加便于無線傳輸，處理后的數據通過無線數據發射單元63進行發送，無人機上的無線數據接收單元64對發送來的數據進行接收，并且將其傳遞給無人機系統芯片65進行調整處理；

姿態傳感器423為相同結構的三組，且姿態傳感器423為紅外姿態傳感器，由于天空和大地之間的溫差，它們的紅外輻射波長有差別，系統采用的紅外傳感器對8～15μm波段的紅外輻射敏感，這正是天空和大地的一般熱輻射波長，因此傳感器不會被過熱(如太陽)或過低溫度的物體影響，由一對熱電堆產生的反向電壓經過放大器放大，再經過模數轉換，即可顯示為代表無人機某一方向姿態角的數值，一般采用三對紅外傳感器，其中垂直方向傳感器的作用是初始化天空與大地的溫差，以確定水平方向傳感器的計算比例，水平方向則有橫向和徑向兩對傳感器，分別計算滾轉和俯仰角度；

顯示單元3包括無人機飛行模擬仿真平臺，飛行仿真平臺實時觀測飛行器的位置、俯仰角、滾轉角、偏航角等信息，平臺負責飛行中對無人機進行實時控制和監測；

一種機電一體化無人機定位用方位調整方法，該基于無人機定位用方位調整方法包括如下步驟：

S1：數據采集：通過數據采集系統4對無人機飛行時所處的環境數據和無人機飛行時位置和偏角信息進行采集，并將采集來的數據進行存儲；

S2：數據分析：通過數據分析系統5對數據采集系統4采集來的數據進行數據分析和整理，步驟S2分析和處理所得的數據至少包括無人機飛行位置的經度和維度、無人機飛行時的航偏角、無人機飛行時的仰俯角、無人機飛行時的滾轉角；

S3：調整無人機位置：通過數據分析和整理所得的無人機的位置信息，再通過遠程遙控系統6來進行對無人機的位置進行調整，使無人機在指定的高度和位置進行飛行；

S4：調整無人機仰俯角：通過數據分析和整理所得的無人機的仰俯角信息，再通過遠程遙控系統6來進行對無人機的仰俯角進行調整；

S5：調整無人機滾轉角：通過數據分析和整理所得的無人機的滾轉角信息，再通過遠程遙控系統6來進行對無人機的滾轉角進行調整；

S6：調整無人機偏航角：通過數據分析和整理所得的無人機的偏航角信息，再通過遠程遙控系統6來進行對無人機的偏航角進行調整。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。