一种基于北斗应用的飞行导航仪

摘要

本发明提供一种基于北斗应用的飞行导航仪，包括飞行器和远程遥控飞行器的地面监测中心，飞行器上设置有飞行器控制单元，飞行器底部安装有探测单元，飞行器顶部安装有驱动飞行器运行的飞行器控制单元；飞行器控制单元包括北斗系统、处理器、存储器、定时器、蓄电池、导航仪、超声波模块、电机、惯性传感器和无线通信模块，探测单元包括气压传感器、声呐传感器、图像处理装置和图像采集装置，图像采集装置采集飞行器路径上的图片或视频信号；图像处理装置将图片或视频信号处理后传递给飞行器控制单元；飞行器控制单元接收处理后的图片或视频信号并通过无线通信模块传递给地面监测中心。本发明解决了现有交通监测只能定点监测的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及飞行导航技术领域，更具体地涉及一种基于北斗应用的飞行导航仪。

背景技术

随着通信技术的发展，现有的交通监测主要依靠电子眼进行抓拍。电子眼抓拍系统主要包括设置在各个抓拍点的电子眼，图像处理模块、以及无线通信模块和远程监控中心，具体工作原理是：电子眼进行抓拍，将拍摄的照片在图像处理模块进行处理后，通过无线通信模块传递给远程监控中心进行存储备案，由远程监控中心进行分析，将分析结果传递给肇事车主。

电子眼抓拍系统虽能够很好的监测交通肇事违法行为，但是只能定点进行监测，对于没有安装电子眼的位置不能进行监测，当某一没有设置电子眼的位置发生交通事故时，也不能及时进行现场信息的采集。

飞行器具有机械结构简单、运动灵活、姿态多样、可扩展性好和易维护等优点，因而在勘探、测绘、救援、航拍等领域扮演越来越重要的角色。那么可以利用飞行器作为移动监测点，对道路的交通状况进行监测。因此，有必要提供一种基于北斗应用的飞行导航仪，以克服上述问题。

发明内容

本发明提供了一种基于北斗应用的飞行导航仪，以解决现有交通监测只能定点监测的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于北斗应用的飞行导航仪，包括飞行器和远程遥控飞行器的地面监测中心，飞行器上设置有飞行器控制单元，飞行器底部安装有探测单元，飞行器顶部安装有驱动飞行器运行的飞行器控制单元；

飞行器控制单元包括北斗系统、处理器、存储器、定时器、蓄电池、导航仪、超声波模块、电机、惯性传感器和无线通信模块，存储器、定时器、蓄电池、导航仪、超声波模块、电机、惯性传感器和无线通信模块均与处理器连接，处理器为飞行器的数据处理单元和控制单元，无线通信模块与地面监测中心无线连接进行数据传输；惯性传感器用于采集飞行器飞行姿态；电机用于驱动飞行器飞行；导航仪用于实现飞行器在设定路线上飞行，导航仪将导航信号传递给飞行器控制单元，然后通过无线通信模块传递给地面监测中心；超声波模块用于避免飞行器在高空飞行时，遇到障碍物而损坏；蓄电池用于为飞行器控制单元供电；存储器用于存储高度数据；定时器用于记录飞行器飞行时数据采集对应的时间；北斗系统用于实现对飞行器的精准定位，以便操控者实时掌握飞行器的地理位置；

探测单元包括气压传感器、声呐传感器、图像处理装置和图像采集装置，气压传感器采集飞行器所属环境的气压并传输到飞行器控制单元，然后通过无线通信模块传输给地面监测中心；声呐传感器采集飞行器相对地面飞行高度并将高度数据传输到存储器；图像采集装置采集飞行器路径上的图片或视频信号，并将信号传递给图像处理装置；图像处理装置将图片或视频信号处理后传递给飞行器控制单元；飞行器控制单元接收处理后的图片或视频信号并通过无线通信模块传递给地面监测中心。

进一步地，处理器与电机连接，处理器通过电机驱动器驱动电机转动。

进一步地，飞行器上安装有用于指示飞行器位置的照明指示灯，照明指示灯与处理器连接。

进一步地，超声波模块用于采集飞行器与障碍物的距离传递给飞行器控制单元，然后通过无线通信模块传递给地面监测中心。

进一步地，图像采集装置为高清摄像头，高清摄像头通过云台与飞行器连接。

进一步地，照明指示灯为LED警示灯。

进一步地，处理器为MCU处理器。

进一步地，惯性传感器为MPU6050惯性传感器。

进一步地，地面监测中心为计算机，地面监测中心连接有用于显示飞行器飞行路径的显示器。

进一步地，飞行器上还设置有与飞行器控制单元通信连接的3D建模模块。

优选地，飞行器为四轴飞行器，四轴飞行器包括机身和四个分别沿机身的四个直角所指方向向外安装的机翼，机翼远离机身的一端安装有螺旋桨，螺旋桨与电机连接。螺旋桨设置有三个均匀分布的桨叶。

优选地，四轴飞行器的四个螺旋桨上均设置有声呐传感器、超声波模块和气压传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明设置北斗系统、处理器、存储器、定时器、蓄电池、导航仪、超声波模块、电机、惯性传感器、无线通信模块、气压传感器、声呐传感器、图像处理装置和图像采集装置，采用图像采集装置和惯性传感器，并结合声呐传感器和气压传感器采集飞行器实时飞行高度，实现飞行器视觉导航与惯性导航结合的方式完成飞行器导航工作，气压传感器适用于远地高度测量，声呐传感器适用于近地高度测量，声呐传感器的使用避免了由于飞行器近地飞行产生的翼地效应而导致的飞行器高度数据测量不准的问题，便于推广使用。

本发明由北斗系统、处理器、存储器、定时器、蓄电池、导航仪、超声波模块、电机、惯性传感器、无线通信模块、气压传感器、声呐传感器、图像处理装置和图像采集装置组成的监测系统设在飞行器上，利用飞行器的远程控制按照特定路线进行飞行，实现对路线上的交通进行监测，解决现有交通监测只能定点监测的问题。

本发明设置超声波模块和气压传感器，超声波模块能够监测到飞行器与障碍物的间距，然后通过飞行器控制单元反馈给地面监测中心，以便对飞行器的飞行方向进行调整，即飞行器飞行过程中通过超声波模块躲避飞行器在空中飞行的障碍物，避免飞行器飞行中与阻而导致损坏，实用性强，便于推广使用。气压传感器能够实时感应到飞行器周围的压力，并传递给地面监测中心，当飞行器飞行环境中风力发生变化时，由地面监测中心操作改变飞行器飞行方向或飞行角度。

附图说明

图1为本发明的一种基于北斗应用的飞行导航仪的原理示意图。

图2为本发明实施例二中飞行器结构示意图。

图3为本发明实施例四中飞行器结构示意图。

图4为本发明实施例四中第一锯齿条与第一齿轮的连接示意图。

图5为本发明实施例四中第二锯齿条与第二齿轮的连接示意图。

图6为本发明实施例四中第一齿轮和电动机的示意图。

附图标记：1为处理器，2为北斗系统，3为存储器，4为定时器，5为蓄电池，6为导航仪，7为超声波模块，8为电机，9为惯性传感器，10为无线通信模块，11为气压传感器，12为声呐传感器，13为图像处理装置，14为图像采集装置，15为地面监测中心，16为显示器，17为照明指示灯，18为电机驱动器，19为螺旋桨，20为3D建模模块，21为电动机，22为螺旋辅助桨，23为内环机身，24为外环机身，25为第一螺旋辅助桨，26为第二螺旋辅助桨，27为第三螺旋辅助桨，28为第四螺旋辅助桨，29为第一锯齿条，30为第一齿轮，31为第二锯齿条，32为第二齿轮，33为机翼，34为飞行器。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

请参阅图1至图6，图中所示者为本发明所选用的实施例结构，此仅供说明之用，在专利申请上并不受此种结构的限制。

实施例一

如图1所示，一种基于北斗应用的飞行导航仪6，包括飞行器34和远程遥控飞行器的地面监测中心15，飞行器34上设置有飞行器控制单元，飞行器34底部安装有探测单元，飞行器34顶部安装有驱动飞行器34运行的飞行器控制单元；

飞行器控制单元包括北斗系统2、处理器1、存储器3、定时器4、蓄电池5、导航仪6、超声波模块7、电机8、惯性传感器9和无线通信模块10，存储器3、定时器4、蓄电池5、导航仪6、超声波模块7、电机8、惯性传感器9和无线通信模块10均与处理器1连接，处理器1为飞行器34的数据处理单元和控制单元，无线通信模块10与地面监测中心15无线连接进行数据传输；惯性传感器9用于采集飞行器34飞行姿态；电机8用于驱动飞行器34飞行；导航仪6用于实现飞行器34在设定路线上飞行，导航仪6将导航信号传递给飞行器控制单元，然后通过无线通信模块10传递给地面监测中心15；超声波模块7用于避免飞行器34在高空飞行时，遇到障碍物而损坏；蓄电池5用于为飞行器控制单元供电；存储器3用于存储高度数据；定时器4用于记录飞行器34飞行时数据采集对应的时间；北斗系统2用于实现对飞行器34的精准定位，以便操控者实时掌握飞行器34的地理位置；

探测单元包括气压传感器11、声呐传感器12、图像处理装置13和图像采集装置14，气压传感器11采集飞行器34所属环境的气压并传输到飞行器控制单元，然后通过无线通信模块10传输给地面监测中心15；声呐传感器12采集飞行器34相对地面飞行高度并将高度数据传输到存储器3；图像采集装置14采集飞行器34路径上的图片或视频信号，并将信号传递给图像处理装置13；图像处理装置13将图片或视频信号处理后传递给飞行器控制单元；飞行器控制单元接收处理后的图片或视频信号并通过无线通信模块10传递给地面监测中心15。

处理器1与电机8连接，处理器1通过电机驱动器18驱动电机8转动。飞行器34上安装有用于指示飞行器34位置的照明指示灯17，照明指示灯17与处理器1连接。

超声波模块7用于采集飞行器34与障碍物的距离传递给飞行器控制单元，然后通过无线通信模块10传递给地面监测中心15。

图像采集装置14为高清摄像头，高清摄像头通过云台与飞行器34连接。云台能够实现高清摄像头的360度旋转，便于拍摄更全面的画面。照明指示灯17为LED警示灯。处理器1为MCU处理器。惯性传感器9为MPU6050惯性传感器。

地面监测中心15为计算机，地面监测中心15连接有用于显示飞行器34飞行路径的显示器16。飞行器34上还设置有与飞行器控制单元通信连接的3D建模模块20。3D建模模块20为现有技术，能够实现监控飞行器34的状态与巡线位置，为复杂交通环境下的道路交通监测创造条件。

实施例二

实施例二是在实施例一的基础上的进一步优化。

如图2所示，飞行器34为四轴飞行器，四轴飞行器包括机身和四个分别沿机身的四个圆周四等分的方向向外安装的机翼33，机翼33远离机身的一端安装有螺旋桨19，螺旋桨19与电机8连接。螺旋桨19设置有三个均匀分布的桨叶。

四轴飞行器的四个螺旋桨19上均设置有声呐传感器12、超声波模块7和气压传感器11。

探测单元安装在飞行器34底部是为了采集地面信息，便于拾取飞行器34下部参考物，实现导航数据参考对比。

高清摄像头采集飞行器34飞行过程中地面的图像数据，并通过无线通信模块10远程传输回地面监测中心15，采用声呐传感器12和气压传感器11采集飞行器34相对地面飞行高度，其中，声呐传感器12采集近地高度精度高，气压传感器11采集远地高度精度高，由于飞行器34近地飞行时，螺旋桨19产生的气流与地面作用产生翼地效应导致气压传感器11采集的飞行器34高度数据偏差较大，声呐传感器12是为了配合气压传感器11采集飞行器34近地飞行的高度。

超声波模块7的设置是为了避免飞行器34在高空飞行时，遇到障碍物而损坏，惯性传感器9的设置是为了采集飞行器34的飞行姿态，与高清摄像头采集的数据图像信息结合实现视觉导航与惯性导航的组合导航。

电机驱动器18的设置是为了精确的控制电机8转动，进而带动螺旋桨19转动产生向上的上升力。

照明指示灯17的设置一是为了飞行器34在夜晚飞行时为高清摄像头提供有效光照，便于图像信息的清晰采集；二是为了飞行器34在夜晚飞行时便于操作者观察飞行器34的位置，照明指示灯17的移动轨迹确定了飞行器34的移动轨迹。

MPU6050惯性传感器的设置整合了轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题，减少了大量的封装空间。

在使用时，提前在存储器3中存储声呐传感器12高度数据采集阈值，采用蓄电池5为飞行器34各个用电模块供电，处理器1控制电机驱动器18驱动电机8转动，带动螺旋桨19转动，使飞行器34起飞，采用高清摄像头实时采集地面的图像信息并实时通过无线通信模块10传输至地面监测中心15，采用声呐传感器12和气压传感器11采集飞行器34的高度，当声呐传感器12采集的飞行器34高度小于存储器3中存储的高度数据采集阈值时，采用声呐传感器12采集的高度数据作为飞行器34的高度数据，当声呐传感器12采集的飞行器34高度大于存储器3中存储的高度数据采集阈值时，采用气压传感器11采集的高度数据作为飞行器34的高度数据，同时通过惯性传感器9采集飞行器34飞行的姿态数据，定时器4记录飞行器34飞行时数据采集对应的时间，将探测单元采集的数据均通过无线通信模块10传输至地面监测中心15，地面监测中心15通过外接显示器16实时显示飞行器34飞行位置信息。如定时器4能记录飞行器34拍摄到交通事故时的时间，或者是记录飞行器34拍摄到交通违规或其他情况时的时间。定时器4能够有效将数据采集的时间，或者说是事件发生的时间记录下来，方便后期进行时间记录或备案。

当导航的时间为夜晚时，可通过照明指示灯17为高清摄像头补光，也能让地面监测人员肉眼查看飞行器34飞行位置，实现视觉导航与惯性导航的组合导航，效果好。

实施例三

实施例三是在实施例二的基础上的进一步优化。

飞行器34即为一种无人航拍器，能够在遥控器的远程控制，按照设定路线进行飞行，为现有技术。

北斗系统2、处理器1、存储器3、定时器4、蓄电池5、导航仪6、超声波模块7、电机8、惯性传感器9、无线通信模块10、气压传感器11、声呐传感器12、图像处理装置13和图像采集装置14均为现有技术，发明点在于将各个现有模块按照新的信号传递路线构成用于飞行器34上的监测系统，在飞行器34飞行移动的过程中实现对路线上的交通进行监测。解决了现有交通监测只能定点监测的问题

超声波模块7能够监测到飞行器34与障碍物的间距，然后通过处理器1反馈给远程终端，以便对飞行器34的飞行方向进行调整，气压传感器11能够实时感应到飞行器34周围的压力，并传递给远程终端，当飞行器34飞行环境中风力发生变化时，由遥控器操作改变飞行器34飞行方向或飞行角度。遥控器可为地面监测中心15或手持远程控制器。

北斗系统2能够实现对飞行器34的精准定位，以便操控者实时掌握飞行器34的地理位置，当发生交通事故时可及时到达现场及时处理。无线通信模块10为3G/4G网络。

实施例四

实施例四是在实施例三的基础上的进一步优化。

如图3所示，机身包括内环机身23和外环机身24，内环机身23与外环机身24同心设置，四个机翼33是分别沿内环机身23四个圆周四等分的方向向外延伸并贯穿外环机身24设置的，即四个机翼33同样设置在外环机身24的四个圆周四等分的方向上。四个机翼33贯穿内环机身23后的部分一端安装有螺旋桨19，螺旋桨19与电机8连接。螺旋桨19设置有三个均匀分布的桨叶。

位于相邻的机翼33之间的外环机身24的中间位置设置有螺旋辅助桨22，即螺旋辅助桨22有四个，且四个螺旋辅助桨22正方形分布设置，即四个螺旋辅助桨22的中心依次连线就形成正方形，也即四个螺旋辅助桨22位于外环机身24的四个圆周四等分的方向上，与螺旋桨19交错设置。螺旋辅助桨22设置有三个均匀分布的桨叶。螺旋辅助桨22与外环机身24转动连接，即螺旋辅助桨22能够相对于外环机身24进行一定角度的倾斜。只要能实现螺旋辅助桨22相对于外环机身24进行一定角度的倾斜的连接方式均可以，如铰接。

内环机身23与外环机身24形成环状结构，且环状结构内的空间被机翼33平均划分为四个部分，机翼33就与内环机身23和外环机身24形成整体的结构，机翼33与内环机身23和外环机身24构成的内部空间能够有效疏导混乱的气流，这种形状构造有利于飞行器34的稳定飞行，与现有的四个机翼单独延伸在外的四轴飞行器相比，现有的单独延伸在外的机翼就非常容易会受到气流、风力的影响，特别是在交通道路上，由于车辆的缘故，风力、空气气流都是在不断变化的，现有的四个机翼单独延伸在外的四轴飞行器就不能稳定飞行，也就不能执行监测任务。而本实施例的该构造的飞行器34能够在风力不稳定、空气气流混乱的环境下进行稳定飞行监测。

四个螺旋辅助桨22分别为第一螺旋辅助桨25、第二螺旋辅助桨26、第三螺旋辅助桨27和第四螺旋辅助桨28，第一螺旋辅助桨25、第二螺旋辅助桨26、第三螺旋辅助桨27和第四螺旋辅助桨28依次按顺时针方向分布，即第一螺旋辅助桨25与第三螺旋辅助桨27对角分布设置，第二螺旋辅助桨26与第四螺旋辅助桨28对角分布设置。

如图4所示，第一螺旋辅助桨25和第三螺旋辅助桨27的底部均横向设置有第一锯齿条29，第一锯齿条29设置有与第一锯齿条29配套使用的第一齿轮30。即转动第一齿轮30，第一齿轮30带动第一锯齿条29，由于螺旋辅助桨22与外环机身24转动连接，第一锯齿条29不能横向移动，第一锯齿条29只能环绕第一齿轮30作圆周运动，且由于外环机身24会限制住第一螺旋辅助桨25和第三螺旋辅助桨27，所以，第一锯齿条29带动第一螺旋辅助桨25和/或第三螺旋辅助桨27横向倾斜一定角度，即第一螺旋辅助桨25和/或第三螺旋辅助桨27向左或向右倾斜一定角度。

如图5所示，第二螺旋辅助桨26和第四螺旋辅助桨28的底部均纵向设置有第二锯齿条31，第二锯齿条31设置有与第二锯齿条31配套使用的第二齿轮32。即转动第二齿轮32，第二齿轮32带动第二锯齿条31，由于螺旋辅助桨22与外环机身24转动连接，第二锯齿条31不能纵向移动，第二锯齿条31只能环绕第二齿轮32作圆周运动，且由于外环机身24会限制住第二螺旋辅助桨26和第四螺旋辅助桨28，所以，第二锯齿条31带动第二螺旋辅助桨26和/或第四螺旋辅助桨28纵向倾斜一定角度，即第二螺旋辅助桨26和/或第四螺旋辅助桨28向前或向后倾斜一定角度。

如图6所示，第一齿轮30和第二齿轮32均设置有电动机21，电动机21与处理器1连接。第一螺旋辅助桨25、第二螺旋辅助桨26、第三螺旋辅助桨27和第四螺旋辅助桨28配合使用，能够使得飞行器34倾向于任意角度飞行，能够在飞行方向上微调，适应于复杂交通道路上的监测飞行工作。

当飞行器34在飞行时，遭遇过大的风力导致在方向上失控或者惯性传感器9不能正常工作时，通过第一螺旋辅助桨25、第二螺旋辅助桨26、第三螺旋辅助桨27和第四螺旋辅助桨28，使得飞行器34倾斜一定角度，重新回到控制的飞行方向，避免飞行器34失控坠毁，能够很好地帮助飞行器34重新找回控制方向，非常利于辅助飞行。

当飞行器34遭遇突发情况，需要加速飞行前进或逃离时，可以开启第一螺旋辅助桨25、第二螺旋辅助桨26、第三螺旋辅助桨27和第四螺旋辅助桨28，帮助飞行器34加速飞行前进或逃离。实际使用中，可以根据需求，关闭或开启螺旋辅助桨22，也可以选择性关闭或开启1、2、3、4个螺旋辅助桨22。

以上所述实施例是用以说明本发明，并非用以限制本发明，所以举例数值的变更或等效元件的置换仍应隶属本发明的范畴。

由以上详细说明，可使本领域普通技术人员明了本发明的确可达成前述目的，实已符合专利法的规定。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。