[发明专利]可辅助操作的无人机辨识实验地面站

说明书

技术领域

本发明是用于开展无人机动力学模型辨识实验的地面站，能够实时有效地读取、记录、监控和显示辨识实验数据。主要应用在航空航天、无人机和机器人等技术领域。

背景技术

无人机的动力学模型辨识实验数据主要由两部分组成，即飞行员的遥控指令和无人机的动力学响应。传统的辨识实验数据主要采用机载存储器和飞行控制地面站两种记录方式。

机载存储器是通过飞行计算机，将无人机在飞行过程中的实验数据将记录下来。只有当无人机降落地面后，才能读取该数据以了解实验情况。如果无人机在飞行过程中的实验数据出现异常、失效和超限等情况，实验人员无法及时发现并应对。

飞行控制地面站是通过常规的地面站，将实验数据直接记录下来。而常规的地面站并不具备对实验数据频率和幅值的监控功能。因此，不能对异常甚至危险的飞行情况及时报警。

因此，对于传统的辨识实验记录方式，不仅不能在飞行中实时观察实验数据幅值和频率的变化情况，而且很容易使实验数据超出正常范围。而实验数据超出正常范围往往意味着无人机已进入危险的飞行状态，并有可能产生如下后果：辨识实验数据失效、无人机飞行安全性降低，严重破坏无人机的机体结构，甚至坠毁。

本发明不仅能以曲线的形式将实验数据实时显示出来，而且能实时监控飞行实验数据的幅值和频率，并在实验数据超出安全范围时及时报警，从而辅助实验人员顺利完成辨识实验。此外，本发明构成简单、可靠性高、操作容易、实验效率高。此外，本发明还便于实验人员了解整个辨识实验的开展，并及时向飞行员提出反馈意见，从而提高实验数据的有效性和辨识实验的飞行安全性。利用本发明得到的实验结果可直接用于辨识建模，可显著缩短无人机建模和控制系统的研发周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于开展无人机动力学模型辨识实验的地面站。

本发明的特征在于，含有：数据读取、数据记录、实验监控和曲线显示四个主要功能，其中：通过数据读取和数据记录功能，可以记录实验的辨识数据，以用于实验之后的无人机系统辨识；通过实验监控和曲线显示功能，可以辅助实验人员更好地完成无人机辨识实验：

在数据读取功能，地面站分别接收并读取来自于飞行员和无人机的遥控指令和动力学响应数据帧，根据事先指定的通讯协议和采样频率，得到飞行员遥控指令和无人机动力学响应的原始数据；

在数据记录功能，地面站将读取的遥控指令和动力学响应数据实时记录下来，并存储为便于数据处理软件(如MATLAB)读取的数据格式，以用于辨识实验之后的系统辨识；

在实验监控功能，地面站不断计算实时显示出遥控指令和动力学响应数据的频率和幅值，当遥控指令和动力学响应数据的频率和幅值超出辨识实验的指定范围时，地面站会及时报警；

在曲线显示功能，地面站将读取的遥控指令和动力学响应数据以曲线的形式，在屏幕上实时地显示出来，从而使地面站操作人员能根据数据曲线，方便地监控辨识实验，并及时向飞行员提出反馈意见。

本发明的优点在于：本发明采用独立设计、并具有辅助飞行功能的地面站系统，不仅能够以曲线的形式将实验数据实时显示出来，而且可以实时监控飞行实验数据的幅值和频率，并在实验数据超出安全范围时及时报警，从而辅助实验人员顺利完成辨识实验。此外，本发明构成简单、可靠性高、操作容易、实验效率高。此外，本发明还便于实验人员了解整个辨识实验的开展，并及时向飞行员提出反馈意见，从而提高实验数据的有效性和辨识实验的飞行安全性。利用本发明得到的实验结果可直接用于辨识建模，可显著缩短无人机建模和控制系统的研发周期。

附图说明

图1是可辅助操作的无人机辨识实验地面站的原理图。图1所示的地面站同时接收分别来自飞行员和无人机的遥控指令和动力学响应数据流，并进行数据读取、数据记录、实验监控和曲线显示，以用于辨识实验之后的系统辨识。

具体实施方式

可辅助操作的无人机辨识实验地面站具有数据读取、数据记录、实验监控和曲线显示四个主要功能。

数据读取功能：地面站分别接收来自于飞行员和无人机的遥控指令和动力学响应数据流。根据事先指定的通讯协议和采样频率，地面站实时、同步地读取遥控指令和动力学响应数据帧，得到飞行员遥控指令和无人机动力学响应的原始数据；

数据记录功能：地面站将读取的遥控指令和动力学响应数据实时记录下来，并存储为便于其他软件(如MATLAB)读取的数据格式，以用于辨识实验之后的系统辨识；