摘要：一种无人机巡航系统，包括中央处理单元、位置数据采集单元、图像采集单元及动力单元，位置数据采集单元包括光流传感器、超声波传感器、惯性传感器、气压传感器及红外传感器，图像采集单元为激光雷达，动力单元包括电机驱动模块及无刷电机，光流传感器、超声波传感器、惯性传感器、气压传感器、红外传感器、激光雷达及电机驱动模块分别与中央处理单元连接，无刷电机与电机驱动模块连接；本发明通过激光雷达扫描并进行3D成像、位置信息提取，通过多组红外传感器、超声波传感器、气压传感器及惯性传感器采集的数据融合实现定位、巡航，单片机通过光强度传感器采集的数据智能切换激光雷达或光流传感器进行定位，合理利用电能。
关键词：无人机；飞巡；巡航系统
无人机是一种快速发展的新概念武器。它具有灵活性，响应速度快，无人飞行和操作要求低的优点；所有类型的传感器都可以在高风险区域实现实时图像传输和检测，这是对卫星遥感和传统航空遥感的有力补充。目前，无人机的使用已扩展到军事，科研和民用三个主要领域，特别是电力，通信，气象，农业，海洋，勘探，摄影，防灾减灾，作物产量估算，毒品和走私预防，边境巡逻和反恐被广泛使用。但是，目前大多数民用无人机都使用GPS定位和飞行路线的远程控制，无法实现智能巡航。一旦GPS信号不稳定，例如在室内，洞穴，隧道或其他无法获得精确GPS信号的地方，就无法进行精确定位。
1.研究方向
这项研究的主要目的是开发具有自主巡航能力的无人机系统。该系统可以在海洋监管的指导下，根据海洋电子巡航系统提供的信息自动对监测水域进行巡航，并可以通过机载电子图像稳定系统提供清晰稳定的航拍图像。对于无人机平台，该项目选择了多旋翼无人机平台。作为垂直起降无人机，多旋翼无人机比固定翼飞机更容易起降，易于部署，并且可以悬停在目标附近。与无人直升机相比，具有维护简单，飞行平稳，抗风能力强，负荷大的特点。将多旋翼无人机巡航系统引入电子巡航系统后，它可以对关键水域进行实时空中监视，跟踪目标船舶并针对船舶事故进行快速的空中电子取证。此外，多旋翼无人机本身价格便宜，易于起降。它适用于港口附近的大量部署，以实现对监管水域的完全覆盖，并提高电子巡航系统的快速响应能力。
2.无人机飞巡巡航系统组成
包括中央处理单元，位置数据采集单元，图像采集单元和电源单元，位置数据采集单元包括光流量传感器，超声传感器，惯性传感器，气压传感器和红外传感器，图像采集单元是激光雷达，电源单元包括电动机驱动器模块和无刷电动机，光流量传感器，超声波传感器，惯性传感器，气压传感器，红外传感器，激光雷达和电动机驱动模块已连接至中央处理单元，并且电动机已与电动机驱动模块连接。激光雷达包括发射端，接收端，电头，图像处理单元和微控制器。发射端，接收端，图像处理单元和电动云台分别连接到微控制器，发射端和接收端设置在微控制器上，中央处理单元设置在云台上。通过网络电缆连接。发射端是线性激光器，接收端是摄像机，图像处理单元是DSP图像处理模块，微控制器是AVR微控制器，电气平台的控制端通过RS232连接到AVR微控制器。串行线。中央处理器是AVR32微控制器。该系统还包括一个光强度传感器，该传感器通过A / D转换模块连接到中央处理单元。红外传感器包括远距离红外传感器和近距离红外传感器，远距离红外传感器和近距离红外传感器通过A / D转换模块分别连接到中央处理器。该系统还包括一个蓝牙模块，该模块通过USART串行端口连接到中央处理器。该系统还包括一个数字频谱调制无线接收器，该接收器通过USART串行端口连接到中央处理单元。超声波传感器，惯性传感器，气压传感器和电机驱动模块通过I2C总线连接到中央处理器，光流量传感器通过SPI总线连接到中央处理器。
3.底层控制系统的设计
底部控制系统主要包括两个主要系统，飞行控制系统和通信控制系统。飞行控制系统主要由姿态感知控制系统和GPS导航系统组成。姿态感知系统的传感器主要由加速度计，陀螺仪，地磁计，气压计和其他传感器组成。其中，加速度计和陀螺仪构成了用于测量飞行姿态的惯性导航系统。其他传感器用于测量信息，例如飞机高度和航向。姿势融合控制单元对传感器信息执行数据融合过滤以获得更准确的姿势，并根据姿势确定输出姿势控制量。 GPS导航模块负责控制无人机的飞行路径和路线，并基于飞机的当前GPS坐标信息和接收到的目标点的坐标信息确定飞机的飞行方向和速度。飞行控制系统的框图如图1所示。该通信控制系统包括指令通信系统，视频处理和传输系统以及PTZ控制模块。由于命令传输模块需要更高的实时性能，因此使用900MHz无线数据传输站。无线电接收器通过串行端口与飞行控制器通信，将接收到的命令发送到飞行控制器，然后将飞机的姿态信息和地理位置信息发送到地面站。考虑到数字广播电台可能会受到某些干扰，因此添加了一组GPRS无线模块作为备用通信模块。尽管GPRS的传输速度较慢且传输延迟较大，但GPRS的覆盖范围很广。当数字广播电台受到干扰且无法正常工作时，GPRS模块可以使飞机暂时与地面站保持联系，以确保飞机不会失去联系。图像处理和传输系统包括两部分：视频处理和数字图像传输模块。视频处理模块使用特殊的数字信号处理芯片来稳定地电子捕获视频。稳定的数字图像通过图像传输模块传输到地面站。 PTZ控制模块负责摄像机角度控制。当飞机倾斜时，云台可以保持摄像机的水平稳定性并消除抖动。同时，它还可以根据地面站控制指令实时调整角度。
图1
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4.结语
尽管无人机技术本身是一种新兴技术，但它依托于军事应用，但是中国的无人机技术始终处于世界前列。中国已经宣布了50多种类型的军事无人机中的大多数。它可以满足海上动态监视的需求，但是大多数用于军事目的的无人机平台价格昂贵。近年来，许多科研机构和相关民营企业看到了无人机的广阔发展和应用前景，并投入资金开发民用无人机及相关配套产品。并且技术变得越来越完善。四旋翼无人机作为无人机的新成员，具有机械结构简单，易于维护，飞行稳定，抗风能力强的特点。非常适合于航空摄影，频道监控和其他相关领域。实践证明，海上电子巡游本身可以大大提高海上管理水平，降低海上监管成本，但也存在盲点，流动性差等问题。结合两者的优点，无人机的机动性和现有的电子巡航系统可以扩大监管范围，进一步提高监管效率。
参考文献
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