本發(fā)明屬于航空航天，尤其涉及一種國產化無人機飛行控制器。

背景技術：

1、飛行控制器為飛機的核心控制單元，其主要任務包括采集接收內部傳感器與外部傳感器的數據，將特定的飛行控制算法轉換成電子調速器所需的控制信號，從而改變和控制無人機的姿態(tài)(俯仰/橫滾/航向情況)、地理位置和高度。

2、首先，聚焦于導航方面，現有的無人機主要依賴北斗導航模塊來實現導航功能。然而，在實際應用場景中，僅依靠這一單一導航方式，容易出現航向偏移的問題。這種航向偏移不僅會影響無人機的飛行精度，還可能導致其無法準確抵達目標位置，使無人機無法按預訂航線飛行。

3、其次，復雜的電磁環(huán)境對無人機的線路系統(tǒng)構成了嚴峻挑戰(zhàn)。在大載重的無人機內部環(huán)境中，由于需要使用大功率電機或其它大功率器件，所以將產生復雜的電磁環(huán)境。輸入電源由于磁場的作用出現浪涌現象，浪涌電壓若超過設備的額定電壓，將導致設備的使用壽命減短，嚴重情況下設備將直接報廢。通信信號在復雜的電磁環(huán)境下，通信數據會出現失真、丟包現象，若磁場環(huán)境較強，通信線路上的感應電流還會超過芯片的額定電流，嚴重情況下會導致芯片燒毀。無人機在這樣的環(huán)境下飛行時，其線路容易受到電磁干擾進而引發(fā)線路故障，影響正常運行和數據傳輸的穩(wěn)定性。

4、最后，從國產化的角度來看，當前現有的飛行控制器在其內部核心元器件的選用上，很大程度上依賴于進口元件。如mcu處理器、imu慣性測量單元、電源模塊、氣壓計模塊、存儲模塊等關鍵部件，均主要來源于進口。這種對進口元件的高度依賴，使得無人機生產面臨著諸多潛在風險與挑戰(zhàn)。一旦受到元器件進出口政策的制約，單機的生產周期便難以得到有效保障，進而會導致整個生產計劃的延誤與混亂。更為關鍵的是，這種情況還會極大地加快產品研發(fā)的迭代周期，使得企業(yè)原本有序的研發(fā)進程被打亂，難以按照既定的節(jié)奏進行技術創(chuàng)新與產品優(yōu)化，限制了我國在該領域的技術創(chuàng)新和產業(yè)升級。

技術實現思路

1、本發(fā)明首先要解決的問題是，現有的無人機僅靠北斗導航模塊導航，航向偏移的問題；

2、本發(fā)明其次要解決的問題是，由于復雜的電磁環(huán)境導致的線路故障問題；

3、本發(fā)明最后要解決的問題是，無法全部國產化的問題；

4、針對上述缺陷，本發(fā)明提供了一種無人機飛行控制器，該飛行控制器具備強大的數據采集能力，能夠采集多種不同類型的數據，并通過先進的算法進行組合導航濾波；該飛行控制器還具備隔離濾波功能；該飛行控制器還實現了全部國產化。

5、技術方案：

6、一種無人機飛行控制器，包括微控制單元mcu和北斗板卡，mcu通過i2c1接口采集靜壓傳感器數據，通過i2c2接口采集動壓傳感器數據，通過spi1接口采集三軸陀螺儀數據，通過spi3接口采集三軸加速度計數據；北斗板卡的oem串口2路ttl?uart接入mcu，其中1路ttl?uart信息將定位測速信息發(fā)送至mcu與三軸陀螺儀、三軸加速度計數據、靜壓、動壓數據進行組合導航濾波，另外1路ttl?uart信息接收數據鏈發(fā)送的差分數據，用于板卡的rtk差分定位。

7、作為優(yōu)選，mcu通過ttl?usart2接口采集北斗板卡定位測速信息，通過ttl?usart6接口將從usart3接口接收到的來自數據鏈的差分rtcm3.2數據(基于rtcm3.2通訊協議的差分數據)發(fā)送給北斗板卡，進行rtk差分定位。

8、作為優(yōu)選，mcu通過i2c3接口采集外置磁傳感器數據，所述磁傳感器用于監(jiān)測風標的轉向角度。(因為風標會隨風向改變其位置，所以通過測量風標相對于某個固定參考點的角度變化)角度信息由磁傳感器采集后，通過i2c_3接口發(fā)送給處理器。接收到的數據可能包含噪聲或誤差，使用了“kalman濾波”技術來過濾這些數據，從而得到更加準確的飛行姿態(tài)信息。

9、作為優(yōu)選，三軸陀螺儀采用mgz2067hc芯片，芯片的spi時鐘線sclk、數據輸入線mosi、數據輸出線miso引腳以及片選信號cs分別與mcu的pa5、pa6、pa7和pb12引腳連接，通過spi接口實現與mcu的數據交換。

10、作為優(yōu)選，三軸加速度計采用max535lca芯片，芯片的spi時鐘線sclk、數據輸入線di、數據輸出線do引腳以及片選信號cs分別與mcu的pa5、pa6、pa7和pb12引腳連接，通過spi接口實現與mcu的數據交換。

11、作為優(yōu)選，靜壓傳感器采用xgzp6858d110kpa芯片，動壓傳感器采用，xgzp6899d芯片，兩個芯片的sda引腳、scl引腳連接至mcu的i2c、數據線sda和時鐘線scl。

12、作為優(yōu)選，根據動壓測量值p總和靜壓測量值p靜出此時空速v：三軸陀螺儀測得此時飛機姿態(tài)；三軸加速度計測得此時飛機加速度；將上述三種傳感器采集得到的空速、飛機姿態(tài)和飛機加速度信息，通過kalman濾波校準北斗板卡得到的慣導信息，消除姿態(tài)誤差、速度與位置誤差。

13、作為優(yōu)選，飛行控制器還包括尖峰、浪涌抑制電路，輸入電源進入控制器后通過尖峰、浪涌抑制電路(過濾掉電壓幅值較大的部分，再經過防反接電路，防止電源反接并有效攔截倒灌電流)；經過尖峰、浪涌抑制處理后的電源傳輸至jld50v2a-zkp2a濾波芯片，以抑制共模、差模和高頻干擾信號；濾波處理后的電源傳輸至隔離dcdc模塊，包括urb2412ymd-10wr3和urb2405ymd-6wr3芯片，其中urb2405ymd-6wr3芯片將輸入電源降壓至5v,該5v電源作為adc、rpm、pwm隔離芯片的一次測電源；urb2412ymd-10wr3芯片輸出降壓后的12v隔離電源，12v電源傳輸至bd4644i電源管理芯片，bd4644i芯片將12v電源降壓至5v、3.3v；bd4644i芯片降壓后的電源供給北斗慣導、傳感器、mcu芯片以及adc,rpm,pwm隔離芯片二次側電源。

14、作為優(yōu)選，飛行控制器還包括數字隔離器，所述隔離器采用pai160e61芯片，pai160e61芯片用于隔離單片機發(fā)出的pwm信號、外部設配傳輸至飛控的rpm轉速信號、單片機的io口信號。

15、本發(fā)明還公開了一種無人機飛行控制器的工作方法，基于上述的飛行控制器，將三軸陀螺儀、三軸加速度獲取的載體角速度、加速度，轉換為四元數表示的姿態(tài)角發(fā)送給mcu，mcu通過解四元數方程得到四元數向量，經過積分環(huán)節(jié)得到載體的姿態(tài)角、速度和位移；所述姿態(tài)角、速度和位移與北斗板卡提供的速度和三維位置信息融合后輸入kalman濾波模塊，輸出載體運動參數的最優(yōu)估計。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、(1)本發(fā)明公開的一種國產化無人機飛行控制器，具備強大的數據采集能力，能夠采集多種不同類型的數據，并通過先進的算法進行組合導航濾波。通過這種方式，可以精確地修正無人機的航向，有效解決航向偏移問題，確保無人機在飛行過程中始終保持準確的航線。

18、(2)本發(fā)明公開的一種國產化無人機飛行控制器，具備隔離濾波功能。當面對復雜的電磁環(huán)境時，它能夠對外部干擾信號進行有效的隔離和濾除，保證線路系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，從而解決了因電磁環(huán)境導致的線路問題，提高了無人機在復雜環(huán)境下的可靠性和適應性。整板實現了設備內部與外部的隔離，有效隔絕了外部設備傳輸進來的干擾信號與噪聲，并且具有較強的抗電磁干擾能力。

19、(3)本發(fā)明公開的一種國產化無人機飛行控制器，實現了全部國產化。從核心元件到整體設計，均采用國內自主研發(fā)和生產的技術與產品，不僅降低了生產成本，提高了產品的市場競爭力，還為我國無人機產業(yè)的自主發(fā)展和安全保障提供了有力支持。