[发明专利]一种模块化的多功能机载计算机体系

说明书

本发明公开一种模块化的多功能机载计算机体系，通过计算机控制系统、传感定位系统、数据通信系统、视觉系统、电源管理系统等多个模块有效组合，形成模块化的多功能机载计算机系统，其运行稳定，能执行多种任务，如在复杂环境中自主决策飞行、识别跟踪目标等操作，能灵活应对多变环境。

技术领域

本发明涉及机载计算机系统，特别涉及一种模块化的多功能机载计算机体系。

背景技术

无人机技术方兴未艾，作为其中重要成员的多旋翼无人机技术发展迅速，随着行业技术不断发展，人们对模块化、多功能的成熟稳定型机载计算机系统的需求越来越高。

但目前的机载计算机系统大都是单计算机系统，携带传感器和载荷较少，无法实现高精度定位、避障、识别跟踪、执行动作等复杂功能，用途单一，无法灵活应对不同的任务环境及需求。

典型地实例是，在多旋翼无人机中，规划决策与姿态控制两个功能集成于同一计算平台，一方面，计算平台需要兼顾高算力及高控制输出频率，导致计算平台压力大；另一方面，系统模块化程度弱，不易检修和替换，且易导致当决策环节出现问题而使姿态控制失稳等系统工作安全性问题。此外，目前常见的机载计算机系统传感器较为单一，对姿态及环境感知能力较弱，无法适应复杂多变的任务环境。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明人进行了锐意研究，发现将计算机控制系统、传感定位系统、数据通信、视觉系统、电源管理等多个模块有效组合，形成模块化的多功能机载计算机系统，其运行稳定，能执行多种任务，如在复杂环境中自主决策飞行、识别跟踪目标等操作，能灵活应对多变环境，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供一种模块化的多功能机载计算机体系，包括：

计算机控制系统，包括主控计算机和姿态控制计算机，用于稳定及控制多旋翼无人机位置和姿态，处理定位系统及视觉系统提供的数据信息，根据外界信息完成避障、路径规划、追踪等任务的决策制定；

传感系统，用于测量/获得多旋翼无人机相对于惯性系的加速度、角速度等；定位系统，如外置差分GPS模块，用于确定多旋翼无人机的位置；

视觉系统，用于搜索、识别并追踪目标，识别障碍物并获取相关的深度信息；

数据通信系统，用于多旋翼无人机与地面站之间的关键数据传输，如机载摄像头图像数据、多旋翼无人机位置姿态信息及地面站指令等，并用于地面站对多旋翼飞行状态进行监视和对关键决策进行控制；

电源管理系统，用于为多旋翼无人机整体系统进行供电，包括用于驱动电调电机等动力设备的高压动力电及维持机载电子设备运行的低压电。

采用本发明的机载计算机系统的多旋翼无人，还包括动力系统，包括电子调速器、无刷电机、螺旋桨等部分，通过PWM 引脚与姿态控制计算机连接，接受PWM控制信号并驱动电机旋转产生升力。

在本发明中，通过将各系统模块有效组合获得的多功能机载计算机体系，具有以下优点：

(1)使用双计算机系统，各自执行任务并互不干扰，保证在作为主控计算机的高性能计算机出现问题时控制计算机不受影响，从而保证多旋翼无人机姿态始终保持稳定，提高系统安全性。

(2)能够实现自动避障功能，保证多旋翼无人机在复杂多变环境中的适应能力。

(3)使用双光光电吊舱，可以在可见光及红外光两种情况下进行大范围视场搜索，并可以在确定目标后对目标进行稳定跟踪。

(4)能够通过数传电台对多机协同搜索共享数据，从而为多机联合执行任务提供基础。

(5)使用外置差分GPS及视觉惯性里程计双定位方式冗余的设计，既能在正常使用环境中对定位数据互相修正，又能保证在强电磁干扰或GPS拒止的环境中保证无人机的定位准确。