[0001] 本发明专利涉及单片机技术领域，具体涉及一种无人飞行器。

[0002] 随着控制技术的不断提高和智能控制理论的完善，在飞机中出现了一类不需要人驾驶就能够执行任务的飞机-无人机。无人机以其优越的性能，在现代高科技战争中发挥着独特的作用。无人飞机，顾名思义，就是不用驾驶员驾驶，而依靠嵌在飞机内的自动飞机驾驶仪器或地面无线电遥控飞行的飞机。无人机可以专门实际造型制作，也可以由普通飞机改造制成。无人飞机跟普通飞机一样，必须具备起落装置，机身、机翼、机载控制系统等，还因无人驾驶，必须配备自动驾驶仪、电子计算机、自动起落装置、程序控制装置等，因要求实现远距离控制，必须装有遥控接收机、电子摄像机等实时控制设备，相应的在遥控站设有机外遥控站、起飞装置和监测系统。

[0003] 发明专利内容本发明专利涉及一种无人飞行器，本发明是一套无人机中继系统，本发明的中继系统包括摄像头模块、图像传输模块、动力模块、GPS定位模块及飞控模块等模块；本发明搭载此中继系统可实现手动遥控和飞机自主飞行两种飞行模式，飞机在飞行过程中，可以将机载摄像头所拍摄到的视频信息实时的传回地面控制台。

[0004] 本发明的无人机具有广阔的应用前景，不仅成本低还可以派到非常恶劣的环境中执行任务而不用担心人员损失。附图说明

[0005] 图1：无人机中继系统结构图。

[0006] 图2：无人机飞行控制系统结构图。

[0007] 图3：远程控制系统结构图。

[0008] 图4：无人机的实时图像传输系统结构图。

[0009] 图5：CMOS图像传感器结构图。

[0010] 图6：飞控模块的结构图。

[0011] 为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

[0012] 本发明专利涉及一种无人飞行器，本发明是一套无人机中继系统，本发明的中继系统包括：摄像头模块、图像传输模块、动力模块、GPS定位模块及飞控模块；该无人机搭载此中继系统可实现手动遥控和飞机自主飞行两种飞行模式，飞机在飞行过程中，可以将机载摄像头所拍摄到的视频信息实时的传回地面控制台。

[0013] 进一步的，本发明的无人机中继系统，是在飞机上搭载的整套控制系统，包括飞机控制系统、动力系统、远程控制系统、定位系统及实时图像传输系统，其核心为飞机控制系统，在此系统上加载其他系统的模块，使得飞机可以正常飞行。整个无人机中继系统的结构如图1所示，系统采用两块电池供电，其中电池2#专门给电机供电，因为电机是飞机最主要的动力系统，其功率高，耗电量大，是制约飞机飞行的主要因素。与电池2#相连的电流计主要用来测量电池剩余电量信息，通过飞控模块加载到图像上，一并传输给地面控制台，让地面操控者可以及时的了解电量剩余情况，以作出正确的判断；而电池1# 给飞控模块及其他设备供电，使各模块可以正常工作。舵机也是飞机正常飞行所必不可少的组件，它可以控制飞机姿态转变及高度变化等；摄像头的作用是采集视频信息并进行处理，相当于飞机的“眼睛”；GPS模块用来准确定位，可以确定飞机的飞行高度、飞机的航行方向等重要信息；图传发射模块是传输视频信息到地面控制台的重要设备；控制信号接收模块是用来接收地面遥控信号，以控制飞机飞行。

[0014] 进一步的，本发明有两部分组成：一是自动飞行控制系统，二是远程控制系统。自动飞行控制系统是一个典型的反馈控制系统，通常由传感器系统、飞行控制计算机和执行机构三大部分组成，如图2所示。传感器测量各种状态信息，包括飞行速度、飞行高度、飞行姿态、飞行方向、地理坐标等。飞行控制计算机对传感器测量到的信息根据飞行导航的控制率进行计算处理，转变成为能被飞行控制计算机使用的状态信息，同时根据所需的飞行状态计算出对执行机构的输出量。

[0015] 进一步的，远程控制系统也是本发明的重要组成部分，它由地面控制中心和机载系统组成，如图3所示。无人机的地面控制中心发送控制指令，通过无线链路传输，由机载控制信号接收模块接收，来控制飞机改变飞行状态。远程控制系统的传输链路是无线电，在固定的发射功率和天线增益下，无线电的传输有一定的距离限制，超过其传输距离，地面控制中心就无法通过遥控器控制飞机飞行，此时就需要自动驾驶系统来控制飞机继续飞行或自动返航。自动驾驶系统和远程控制系统之间相互交织，拥有共同的组成部分如执行机构，传感器等部件。两个系统既可单独运行，保障飞机的飞行；又可以协调工作，共同控制飞机。

[0016] 进一步的，本发明研究的无人机系统，图像的实时传输是一项重要功能。实时图像传输系统的结构框图如图4所示。飞机上携带的摄像头，可以采集的图像信息并进行处理，传送到无线传输模块中，再通过无线链路传回地面控制站。飞机在空中高速飞行，机载的摄像头模块可以快速的捕捉图像信息，并将获取到的模拟视频信号转换为数字信号，摄像头的清晰度越高，获得的视频信息的信息量就越大，然而，无线链路的传输速率达不到传输要求，这就使得视频信息必须经过飞控模块的压缩处理，才能够传输给图传发射模块，发射模块与地面的接收模块通过无线链路连接，传输拍摄到的视频信息。

[0017] 进一步的，本发明采用选择CMOS图像传感器，来捕获图像信息，有效的降低功耗，提高能源的利用率。CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。CMOS 图像传感器的,结构如图5，一般由像素阵列、行选通逻辑、列选通逻辑、定时和控制电路、在片模拟信号处理器（ASP）构成，高级的CMOS 图像传感器还集成有在片模数转换器（ADC）。

[0018] 进一步的，为使无人机能够更好地观测地面目标，其镜头的选择也很关键，首先，镜头的规格要与所选的图像传感器的靶面大小一致；其次，镜头要选取自动光圈镜头，自动光圈的镜头可有较宽的动态范围，自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。在阳光直射的情况下，光圈的自动调整能够有效的保护图像传感器；为更好地空中拍摄，无人机的高度往往不是固定不变的，故应选取变焦距镜头。彩色摄像头的分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330 500线之间。分辨率与图像传感器和镜头有~关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。一般480线以上的摄像头都称为高清摄像头，故在最终选择摄像头时，应选取480线及其更高分辨率的摄像头。

[0019] 进一步的，本发明选择2.4G的频段作为实时图像传输系统的工作频段，2.4GHz的无线传输模块采用GFSK/FSK的调制方式，最高空中传输速率可达到11Mbps。目前2.4GHz频段的WI-FI网络被广泛使用，无线模块在使用时干扰源相对较多，信号传输速率会受到一定的干扰，但如果选用调制方式为OFDM的模块，其传输速率可达到几兆每秒的范围内，增加其发射功率并加载高增益天线，其传输距离在几千米到几十千米的范围。

[0020] 进一步的，本发明选择平波天线，平板天线是是一种仅在一个特定的方向传播的天线。其传播的方向性好，增益高（灵敏度好），但其体积相对较大。

[0021] 进一步的，无人机控制系统由被控对象(飞机)和飞行控制系统组成，它是一个闭环稳定的反馈控制系统。飞行控制系统主要用于稳定无人机飞行姿态角(俯仰角、倾斜角、航向角)，控制发动机转速和飞行航迹(爬升、巡航、左右盘旋、高度保持、下降)。此外，俯仰角保持与控制、高度保持与控制、滚转角保持与控制、偏航角保持与控制和侧向偏离控制等能够实现对无人机自主飞行的控制。飞控模块的结构如图6。

[0022] 以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。