[发明专利]无人驾驶直升机

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过自主控制进行编程飞行的无人驾驶直升机，具体涉及使用并安装GPS传感器以检测无人驾驶直升机的位置的方法。

背景技术

通常，利用安装在直升机上的电影摄像机或照相机来从空中对影像进行拍摄。特别是在近年来，这种摄像机被安装在无人驾驶直升机上(JP-A-2002-166893)，该无人驾驶直升机通过利用无线电控制器等从地面上进行遥控来飞行或根据预编程路线(即编程飞行)飞行。因此，在有人驾驶直升机不能飞行的区域采用上述航空拍摄。

通常，无人驾驶直升机的机身的姿态角容易受到风或其他因素的影响。此外，因为结构原因，在转向时飞行期间的姿态角会产生剧烈的变化。主要通过安装在机身上各种不同类型的伺服电机来控制无人驾驶直升机的姿态角，以改变主旋翼的轴的倾角以及主旋翼及尾旋翼的叶片的倾角。此外，如果这种类型的无人驾驶直升机例如遭遇较强的侧风，则当前的飞行路线会急剧偏离预期的飞行路线。因此存在自主控制需要耗费较长时间来修正飞行路线的情况。

为了从地面获知机身或飞行的这种状态并适当地控制直升机，设置通信装置以在直升机的机身与地面基站之间传递数据。机身的上述状态包括用于控制机身姿态角的伺服电机的工作状态、发动机的工作状态、用于检测机身的倾角以及发动机转速的各种类型传感器的工作状态、以及安装在机身上的电池的使用状态等。另一方面，上述飞行的状态包括例如无人驾驶直升机飞行的方向、高度以及位置等与飞行路线相关的当前状态、以及显示GPS装置是否正常工作的GPS装置的工作状态等。飞行器的状态以及飞行的状态等的数据从机身被传递至陆地基端，并被显示在设置在地面基站内的个人电脑的监控器屏幕上。

用于通过自主控制进行编程飞行的一种最重要的传感器是GPS。这是因为，对于无人驾驶直升机而言，精确地检测直升机的当前位置以通过精确地遵循预定路线来进行飞行非常重要。

近年来，GPS(全球定位系统)因车载导航系统的普及而被熟知。GPS利用从绕地球在环形轨道(空中约20,000km)上运动的24个GPS卫星(四个卫星布置在六条轨道的每一条上)发送的信息。该系统用于获得使用者的当前位置(纬度、经度以及海拨)、速度以及时间。

GPS所使用的无线电波是高频波(1.5GHz)，因此其特性与光的特性类似。因此，如果在上述卫星与设置至无人驾驶直升机的GPS天线之间的空间中存在金属物体、建筑物、山麓、机器、人或鸟等，可能会劣化位置的精度，或者可能不能接收到无线电波。此外，因此GPS卫星由美国国防部控制，故在国家紧急状态的情况下其使用可能会受到限制。

如图9所示，存在两种类型的定位系统用以利用GPS来检测位置。第一种定位系统是单GPS 101，其仅利用来自GPS卫星的信号进行单单独定位100。第二种定位系统是相对定位110，其包括用于从GPS卫星接收信息并通过无线电发送该信息的地面上的基站，以及诸如车辆、船只以及飞行器的运动物体。上述运动物体从GPS卫星接收信号并从基站接收无线电数据，并通过计算来提高定位精度。

上述相对定位的方法包括差分GPS(以下称为DGPS)111(其较廉价，具有相对较高的精度，并可在远离基站的位置使用)以及实时运动GPS(以下称为RTK-GPS)112(其具有较高的精度)。

单GPS 101具有GPS接收器以及天线。GPS接收器测量通过无线电波(载波)从卫星发送的编码的传播时间以计算位置。GPS接收器较廉价并且结构简单。此外，GPS接收器可有利地以高速进行计算以进行控制。但是，因为定位精度取决于从卫星对无线电波的接收精度，故GPS接收器的定位精度包含约15m至100m的误差。

DGPS 111包括基站(其设置至地面上已经精确测量位置的地点)以及运动站(其设置在诸如车辆、船只以及飞行器的运动单元中)。基站测量通过无线电波(载波)从卫星发送的编码的传播时间，并计算基站的位置。此外，基站还将已知的位置数据与通过计算获得的位置数据进行比较，并获得诸如GPS信号的误差率等修正数据。

基站通过无线电波向运动站发送修正数据。就上述无线电波而言，通常对于车载导航系统使用FM广播波。但是，可使用无线电波的各种不同频率及类型。这种运动站使用修正数据来进行计算以基于从卫星接收的信号来对仅通过运动站测量到的数据进行修正。因此，可获得当前位置。根据DGPS 111，可以在相对廉价及简单的系统中以比单GPS更高的精度对运动单元的位置进行检测。