多旋翼无人机无人值守的多功能停机坪系统设计

多旋翼无人机无人值守的多功能停机坪系统设计

姚少灿1,郗小鹏2,张勇1,王建1,岳向泉1

(1.天津航天中为数据系统科技有限公司,天津300301;2.航天恒星科技有限公司(503所))

摘要:设计了一种无人值守停机坪系统,采用2.4G无线通信技术,远程操控无人机进行巡检作业,作业完成后,对无人机进行自主收藏㊁充电等,实现了无人机外场巡检作业时无需专业人员现场值守操作,系统采用封闭式舱体设计,可防水防尘,并融合环境感知传感器,使用各种复杂的外场作业环境,具有良好的应用前景㊂

关键词:无人值守停机坪;2.4G无线通信;D S P

中图分类号:T P274文献标识码:A

D e s i g n o f M u l t i-f u n c t i o n A p r o n S y s t e m f o r U n m a n n e d M u l t i-r o t o r U A V

Y a o S h a o c a n1,X i X i a o p e n g2,Z h a n g Y o n g1,W a n g J i a n1,Y u e X i a n g q u a n1

(1.T i a n j i n Z h o n g w e i A e r o s p a c e D a t e S y s t e m T e c h n o l o g y C o.,L t d.,T i a n j i n300301,C h i n a;2.S p a c e S t a r T e c h n o l o g y C o.,L t d.)

A b s t r a c t:I n t h e p a p e r,a n u n m a n n e d p l a t f o r m s y s t e m i s d e s i g n e d,w h i c h u s e s2.4G w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n t e c h n o l o g y t o a c h i e v e t h e r e-m o t e c o n t r o l l.T h e f u n c t i o n s s u c h a s t h e U A V c o l l e c t i o n,t h e U A V c h a r g i n g a n d s o o n a r e d e s i g n e d i n t h e u n m a n n e d p l a t f o r m s y s t e m. T h e s y s t e m r e a l i z e s t h e U A V o u t f i e l d i n s p e c t i o n o p e r a t i o n w i t h o u t t h e n e e d f o r p r o f e s s i o n a l o n-s i t e o p e r a t i o n.T h i s s y s t e m c o m b i n e s t h e e n v i r o n m e n t a l s e n s i n g s e n s o r s f o r o p e r a t i o n s i n a v a r i e t y o f c o m p l e x o u t f i e l d e n v i r o n m e n t s.A n d t h e g o o d p r o s p e c t w i l l b e e x p e c t e d i n t h e u n m a n n e d p l a t f o r m s y s t e m i n t h e f u t u r e.

K e y w o r d s:u n m a n n e d p l a t f o r m s y s t e m;2.4G w i r e l e s s c o mm u n i c a t i o n s;D S P

引言

近几年,多旋翼无人机技术在电力巡线㊁高速公路巡检㊁森林火情监控等领域被推广和应用[1]㊂但在实际应用中也存在许多问题,如偏远山区巡检作业时,飞行环境恶劣,飞机的降落需要专业飞手操控,不同地点降落需人为提前选择着陆环境,多架次飞行作业时需备用大量电池,且需多次频繁更换电池,在实际应用中与传统的人力巡检模式相比,没有太大的优势,反而还要增加人力物资投入,巡检效率值不高,且使用不便捷[2]㊂

为了提高多旋翼无人机在电力巡线㊁高速公路巡检㊁森林火情监控等领域应用中的巡检效率,减少人力投入,节省运营维护成本等市场需求,国内外都正在研制无人机自动机场系统,有的仅处在理论论证阶段,有的虽已研制样机,但性能尚不完善,外场作业能力尚待考究,实用性价比很低,而我公司结合自身研制的电力巡检㊁高速公路巡检㊁消防等多型号旋翼无人机,开展了无人值守停机坪系统样机研制工作,确保无人机在极端环境下执行巡检任务时,可及时进行电量补充,状态维护,且实现远程操控,作业现场无人值守,提升了巡检作业效率㊂1系统结构及原理

无人值守停机坪系统由无人值守停机坪㊁旋翼无人机和远程监控终端三部分组成㊂当需要执行巡检任务时,远程终端在指定区域规划巡检作业航迹,航迹规划完成后上传至旋翼无人机,待旋翼无人机状态具备后,远程终端发出执行巡检任务指令,旋翼无人机从停机坪上起飞,开始按照设定航迹执行巡检作业㊂

当巡检作业执行完毕后,旋翼无人机在G P S导航下,移动至停机坪上方,由于G P S定位精度问题,旋翼无人机在飞机上方悬停时会有较大的距离偏差,此时启动旋翼无人机视觉辅助降落系统,通过旋翼无人机下方的挂载云台寻找停机坪上的降落标志,结合图像处理算法逐渐修正无人机离着落中心点的距离,从而实现旋翼无人机在停机坪指定区域的准确着陆[3]㊂

图像处理估算降落点与中心位置会有较小的误差,所以当旋翼无人机着陆到指定区域后,远程终端操控停机坪将无人机收藏至停机坪中心位置,防止飞机降落时与停机坪其他结构干涉,无人机停至机坪中心位置后,停机坪自主控制升降机构,将无人机降至舱底进行充电,以备下次