多旋翼式机器人的控制

发布时间:2015-08-13

1、遥控飞行

遥控站通过发射机向多旋翼式机器人发送无线电波，传递指令，机器人上的接收机接收并译出指令的内容，通过自动驾驶仪按指令操纵舵面，或通过其他接口操纵机上的任务载荷。遥控站设有搜索和跟踪雷达，他们测量机器人在任意时刻相对地面的方位角、俯仰角、距离和高度等参数，并把这些参数输入到计算机，计算后就能绘出机器人的实际航迹，与预定航线比较，就能求出偏差，然后发送指令进行修正。

此外，机器人还装备有无线电应答器，也叫信标机。它能在收到雷达的询问信号后，发回一个信号给雷达。由于信标机发射的信号比机器人发射的雷达信号要强得多，起到增加跟踪雷达的探测距离。

下传信号：遥控指令只包含航迹修正信号是显然不够的，在飞行中机器人会受到各种因素的影响，机器人的飞行姿态也在不断变化，所以指令还需要包括对飞行姿态的修正内容。机器人上的传感器一直在收集自身的姿态信息，这些信息通过下传信号送到遥测终端，遥测终端分析这些信息后就能给出飞行姿态的遥控修正指令。

2、自控飞行

自控飞行不依赖地面控制，一切动作都自动完成的飞行。为此，机器人上需要有一套装置来保证飞行航向和飞行姿态的正确，这套装置就是导航装置。通常的导航装置有：

（1）惯性导航  在机载设备上，它一般简称惯导。惯性导航是以牛顿力学为基础，依靠安装在载体内部的加速度计测量载体在三个轴向的加速度，经积分运算后得到载体的瞬时速度和位置，以及测量载体的姿态的一种导航方式。惯性导航完全依赖机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制。惯导系统是一种航位推算系统。只要给出载体的初始位置及速度，系统就可以实时地推算出载体的位置速度及姿态信息，自主地进行导航。纯惯导系统会随着飞行航时的增加，因积分积累而产生较大的误差，导致定位精度随时间增长而呈发散趋势，所以惯导一般与其他导航系统一起工作来提高定位精度。

（2）卫星导航  全球定位系统（GPS）由美国建立的一套定位系统，可以提供全球任意一点的三维空间位置、速度和时间，具有全球性、全天候、连续的精密导航系统。全球卫星导航分为三部分，包括空间卫星部分、地面监控、卫星接收机部分。在飞机上安装卫星接收机就能得到自身的位置信息和精确到纳秒级的时间信息。现在全球在使用的卫星导航系统还有：俄罗斯的glonass，欧洲的伽利略系统，还有中国正在建立的北斗系统。

（3）多普勒导航  多普勒导航是飞行器常用的一种自主导航系统，它的工作原理是多普勒效应。多普勒导航系统由磁罗盘或陀螺仪、多普勒雷达和导航计算机组成。磁罗盘或陀螺仪类似指北针，用于测出无人机的航向角，多普勒雷达不停沿着某个方向向地面发射电磁波，测出无人机相对地面的飞行速度以及偏流角。根据多普勒雷达提供的地速和偏流角数据，以及磁罗盘或陀螺仪提供的航向数据，导航计算机就可以不停地计算出无人机飞过的路线。  多普勒导航系统能用于各种气象条件和地形条件，但由于测量的积累误差，系统会随着飞行的距离增加而使误差加大，所以一般用于组合导航中。

（4）组合导航  组合导航是指组合使用两种或两种以上的导航系统，达到取长补短，提高导航性能。目前飞行器上实际使用的导航系统各基本上都是组合导航系统，如GPS/惯性导航、多普勒/惯性导航等，其中应用最广的是GPS/惯性导航组合导航系统。

（5）地形辅助导航  地形辅助导航是指飞行器在飞行过程中，利用预先存储的飞行路线中某些地区的特征数据，与实际飞行过程中测量到的相关数据进行不断比较来实施导航修正的一种方法。其核心是将地形分成多个小网格，将其主要特征，如平均标高等输入计算机，构成一个数字化地图。  地形辅助导航技术就是利用机载数字地图和无线高度表作为辅助手段来修正惯导系统的误差，从而构成新的导航系统。它与导航方法的根本区别在于数字地图对主导航系统仅能起到辅助修正作用，离开了惯导系统，数字地图无法独立地提供导航信息。  地形辅助系统可分为地形匹配、景象匹配等。

◆地形匹配：也称地形高度相关。其原理是地球表面上任意一点的地理坐标都可以根据其周围地域的等高线或地貌来当值确定。飞行一段时间后，既可以得到真航迹的一串地形标高。将测得的数据与存储的数字地图进行相关分析，确定飞机航迹对应的网格位置。因为事先确定了网格各点对应的经纬度值，这样就可以使用数字地图校正惯导。