一種導航控制系統及其實現導航控制的方法
2023-05-02 11:38:11
專利名稱：一種導航控制系統及其實現導航控制的方法
技術領域：
本發明涉及航空導航領域，尤其涉及一種導航控制系統及其實現導航控制的方法。
背景技術：
航空遙感器是指荷載於有人飛機上的航空遙感設備，如航空相機、成像光譜儀、三維雷射掃描儀和合成孔徑雷達等；導航控制裝置是指航空遙感作業中用於航線導航及遙感器工作觸發控制的控制系統；目前航空遙感作業時，一般根據航線設計軟體生成飛行計劃， 導航控制裝置根據飛行計劃和接收到的實時GPS導航數據，通過導航控制軟體，指引飛行員飛行，飛機進入設計航線作業點時，導航控制裝置發送工作指令，飛機飛出作業航線後導航控制裝置停止發送工作指令。現有的導航控制裝置，一般採用外部的GPS接收機或者採用內嵌的低精度GPS接收機，GPS接收機只用於提供領航數據，不能記錄遙感器的精確工作(數據獲取)時刻，進而也就不能用於航後遙感器作業位置的精確解算。另外，現有的導航控制裝置支持的脈衝電平是固定的，其不能根據需求調整，所以一般只支持某種指定類型的航空遙感器，不具有通用性和擴展性。
發明內容
本發明提供一種導航控制系統及其實現導航控制的方法，用以解決現有技術中航空導航系統不能記錄傳感器精確的工作反饋脈衝時刻，進而導致不能為遙感器作業位置的精確解算提供數據支持的問題。為了解決上述問題，本發明採用如下技術方案—方面，本發明提供一種導航控制系統，包括導航控制裝置、觸發控制裝置和航空遙感器；所述導航控制裝置，用於在飛行器進入設計的航線作業點時，向所述觸發控制裝置發送工作觸發指令；以及基於所述觸發控制裝置發送的所述航空遙感器的工作信息，記錄所述航空遙感器的工作狀態和工作反饋脈衝時刻；所述觸發控制裝置，用於將接收到的工作觸發指令轉換為電晶體-電晶體邏輯 TTL觸發電平脈衝後，發送至所述航空遙感器；以及接收所述航空遙感器發送的工作反饋脈衝，並將所述工作反饋脈衝轉換為所述導航控制裝置識別的工作信息後發送至所述導航控制裝置；其中，轉換後的導航控制裝置識別的工作信息包括將工作反饋脈衝進行格式轉換後的工作反饋指令，以及將工作反饋脈衝的電平電壓轉換為所述導航控制裝置支持的電平電壓後的工作反饋脈衝。所述航空遙感器，用於接收到所述TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將工作時產生的觸發反饋脈衝反饋至所述觸發控制裝置。
另一方面，本發明還提供一種導航控制系統實現導航控制的方法，包括步驟1，導航控制裝置在飛行器進入設計的航線作業點時，輸出航空遙感器工作觸發指令；步驟2，觸發控制裝置將所述工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝，並將所述 TTL觸發電平脈衝發送至航空遙感器；步驟3，航空遙感器接收到所述TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將工作時產生的工作反饋脈衝反饋至所述觸發控制裝置；步驟4，所述觸發控制裝置接收所述工作反饋脈衝，並將所述工作反饋脈衝轉換為所述導航控制裝置識別的工作信息後發送至所述導航控制裝置；步驟5，所述導航控制裝置基於所述觸發控制裝置發送的所述航空遙感器的工作信息記錄所述航空遙感器的工作狀態和工作反饋脈衝時刻。與現有技術相比，本發明有益效果如下首先，本發明通過GPS接收機、導航控制器、觸發控制裝置和航空遙感器組成緊耦合的導航控制系統，基於飛行計劃和飛行位置自動控制遙感器作業，形成閉環控制，並顯示航空遙感器作業狀態；其次，本發明完成對多種遙感器觸發及工作反饋脈衝的兼容，根據遙感器的觸發脈衝要求，可以調整導航控制裝置的觸發脈衝，並能將航空遙感器的工作反饋脈衝進行穩壓控制，達到兼容控制多類型遙感器的目的。
圖I為本發明實施例一提供的一種導航控制系統的結構框圖；圖2為本發明實施例二提供的一種導航控制系統的結構框圖；圖3為本發明實施例三提供的一種導航控制系統實現導航控制的方法的流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種導航控制系統及其實現導航控制的方法。所述導航控制系統可用控制多類型的航空遙感器作業，是一種通用型導航控制系統，其可以記錄航空遙感器作業狀態和航空遙感器精確的工作反饋脈衝時刻以用於作業點航後精確位置解算。實施例一如圖I所示，本發明實施例提供一種導航控制系統，包括導航控制裝置110、觸發控制裝置120和航空遙感器130 ；導航控制裝置110，用於在飛行器進入設計的航線作業點時，向觸發控制裝置120 發送工作觸發指令；以及基於觸發控制裝置120發送的航空遙感器130的工作信息，記錄航空遙感器130的工作狀態和工作反饋脈衝時刻；
所述導航控制裝置110具體包括全球定位系統GPS接收機111和導航控制器 112，其中GPS接收機111，用於實時獲取飛行器的位置信息，將所述位置信息發送至導航控制器；以及，接收觸發控制裝置120發送的工作反饋脈衝，獲取並記錄工作反饋脈衝時刻；導航控制器112，用於接收所述位置信息，將所述位置信息與飛行器設定的航線作業點進行比較，當判定出飛行器進入設計的航線作業點時，向所述觸發控制裝置120發送工作觸發指令；以及，接收觸發控制裝置120發送的工作反饋指令，獲取並記錄所述航空遙感器的工作狀態。具體地，上述的工作反饋脈衝是指遙感器每一次數據獲取時所反饋的脈衝，該脈衝可以作為遙感器數據獲取時刻的時間戳；航空遙感器的工作狀態是指航空遙感器數據獲取成功與否；所述工作觸發指令和工作反饋指令的格式為RS232格式。本實施例中，觸發控制裝置120，用於將接收到的工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝後，發送至航空遙感器130 ;以及接收航空遙感器130發送的工作反饋脈衝，並將所述工作反饋脈衝轉換為導航控制裝置110識別的信息後發送至導航控制裝置110 ；具體地，所述觸發控制裝置120通過如下模塊單元實現第一指令轉換模塊121，用於將接收到的工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝， 並將所述TTL觸發電平脈衝發送至航空遙感器130 ;其中，工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝包括設置觸發脈衝的電平範圍、觸發脈衝的波形和長度等。其中，設置的各項參數的具體取值是基於航空遙感器130所支持的脈衝形式為參考的。第二指令轉換模塊122，用於將航空遙感器130發送的工作反饋脈衝轉換為工作反饋指令，並將所述工作反饋指令發送至導航控制器112 ；TTL電平穩壓模塊123，用於將航空遙感器130發送的工作反饋脈衝的電平電壓轉換為導航控制裝置Iio支持的電平電壓，並將轉換後的工作反饋脈衝發送至GPS接收機 111。進一步地，本實施例中，航空遙感器130，用於接收到TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將工作時產生的工作反饋脈衝反饋至觸發控制裝置120。實施例二本發明實施例是基於實施例一所述導航控制系統的一種具體實現方式，如圖2所示，包括GPS接收機、導航控制計算機(即實施例一中所述的導航控制器)、觸發控制裝置和航空遙感器；本發明實施例所述系統中，各裝置通過如下操作實現對工作狀態以及工作反饋脈衝時刻的記錄航空遙感作業時，GPS接收機獲取實時的位置，提供給導航計算機，導航計算機通過導航控制軟體進行導航指引，通過實時的位置比對，進入設計航線的作業點時，導航控制計算機通過串口向觸發控制裝置發送工作觸發指令；觸發控制裝置解譯所述工作觸發指令後，將其轉換為TTL電平觸發脈衝發送至航空遙感器，航空遙感器接收此TTL電平觸發脈衝後進行工作，工作時同時反饋工作反饋脈衝到觸發控制裝置，觸發控制裝置接收到反饋的工作反饋脈衝後，一方面將其進行電平電壓轉換後分發給GPS接收機，GPS接收機接收此工作反饋脈衝作為時間戳，記錄此次工作的4/5頁
時刻；另一方面將工作反饋脈衝轉換為工作反饋指令(即對工作觸發指令的反饋)通過串口發送至導航計算機，導航計算機接收後，通過導航控制軟體顯示航空遙感器的工作狀態， 至此完成航空遙感器的閉環工作控制。其中，上述觸發控制裝置在將工作反饋脈衝發送至 GPS接收機之前，對工作反饋脈衝的電平電壓進行轉換，具體是將工作反饋脈衝的電平電壓轉化為GPS接收機能夠支持的電平電壓。因為，不同航空遙感器工作反饋脈衝電壓標準不一致，一般為3-6V TTL電平，而GPS接收機能夠接收的工作反饋脈衝電平為固定的，如3. 3V TTL電平，為此在觸發控制裝置中增加TTL電平穩壓模塊，通過TTL電平穩壓模塊進行電平電壓轉換，實現將工作反饋脈衝變換為3. 3V TTL電平。進一步地，本實施例中，所述觸發控制裝置優選地採用兩個51單片機分別實現對導航計算機發送消息的處理和對航空遙感器發送消息的處理。具體地，觸發控制裝置通過一個51單片機負責工作觸發指令的接收和指令到脈衝電平的轉換，通過另一個51單片機負責工作反饋脈衝的接收和脈衝到指令的轉換。這樣就避免了觸發和工作反饋脈衝衝突時生成不了工作反饋指令的問題，如當觸發脈衝仍在發送時，此時工作反饋脈衝已經返回，這樣則導致觸發控制裝置監測不到工作反饋脈衝。進一步地，本實施例中，導航控制計算機，在發送工作觸發脈衝的同時，優選地，通過通訊鏈路向航空遙感器發送相關導航信息(如實時的導航位置信息、速高比等)，並獲取航空遙感器反饋的相關作業狀態信息。航空遙感器在接收到導航信息後，根據當前導航位置信息以及速高比等導航信息實時調整自身的工作參數，並將調整後的工作參數、遙感器總內存、目前剩餘內存等相關作業狀態信息發送至導航計算機。其中，根據導航信息調整工作參數是指假設本發明中航空遙感器為面陣相機類遙感器，航空遙感器接收到導航信息後，根據飛行器當前的速高比調整例如曝光時間、像移補償速度等工作參數。進一步地，本發明實施例中，導航計算機優選地採用高性能低功耗工業計算機主板和處理器，GPS接收機優選地採用天寶高精度BD970主板。綜上所述，本發明實施例中，觸發控制裝置採用兩個51單片機分別用於指令和脈衝的發送及接收，並可設置觸發脈衝的電平範圍(例如0 3V，0 5V或者O 6V)、觸發脈衝的波形和長度等，實現了對指令和脈衝的轉換；以及，採用TTL電平穩壓控制模塊，將不同類航空遙感器工作反饋脈衝轉換為GPS接收機可以兼容的電壓範圍之內。導航計算機系統通過接收的工作反饋指令和航空遙感器的通訊信息，形成觸發和反饋的閉環控制，並實時顯示遙感器的工作狀態。實施例三如圖3所示，本發明實施例提供一種導航控制系統實現導航控制的方法，包括以下步驟步驟S301，導航控制裝置在飛行器進入設計的航線作業點時，輸出航空遙感器工作觸發指令；步驟S302，觸發控制裝置將所述工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝，並將所述TTL觸發電平脈衝發送至航空遙感器；步驟S303，航空遙感器接收到所述TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將工作時產生的工作反饋脈衝反饋至所述觸發控制裝置；
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步驟S304，觸發控制裝置接收所述工作反饋脈衝，並將所述工作反饋脈衝轉換為所述導航控制裝置識別的工作信息後發送至所述導航控制裝置；該步驟具體為觸發控制裝置將所述工作反饋脈衝轉換為工作反饋指令，以及將所述工作反饋脈衝的電平電壓轉換為所述導航控制裝置支持的電平電壓後，將所述工作反饋指令和轉換後的工作反饋脈衝發送至所述導航控制裝置。其中，所述工作觸發指令和工作反饋指令的格式為RS232格式。步驟S305，導航控制裝置基於所述觸發控制裝置發送的航空遙感器的工作信息， 記錄所述航空遙感器的工作狀態和工作反饋脈衝時刻。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種導航控制系統，其特徵在於，包括導航控制裝置、觸發控制裝置和航空遙感器；所述導航控制裝置，用於在飛行器進入設計的航線作業點時，向所述觸發控制裝置發送工作觸發指令；以及基於所述觸發控制裝置發送的所述航空遙感器的工作信息，記錄所述航空遙感器的工作狀態和工作反饋脈衝時刻；所述觸發控制裝置，用於將接收到的工作觸發指令轉換為電晶體-電晶體邏輯TTL觸發電平脈衝後，發送至所述航空遙感器；以及接收所述航空遙感器發送的工作反饋脈衝，並將所述工作反饋脈衝轉換為所述導航控制裝置識別的工作信息後發送至所述導航控制裝置；所述航空遙感器，用於接收到所述TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將工作時產生的工作反饋脈衝發送至所述觸發控制裝置。
2.如權利要求I所述的導航控制系統，其特徵在於，所述觸發控制裝置具體包括第一指令轉換模塊，用於將接收到的工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝，並將所述TTL觸發電平脈衝發送至所述航空遙感器；第二指令轉換模塊，用於將所述航空遙感器發送的工作反饋脈衝轉換為工作反饋指令，並將所述工作反饋指令發送至所述導航控制裝置；TTL電平穩壓模塊，用於將所述航空遙感器發送的工作反饋脈衝的電平電壓轉換為所述導航控制裝置支持的電平電壓，並將轉換後的工作反饋脈衝發送至所述導航控制裝置。
3.如權利要求2所述的導航控制系統，其特徵在於，所述導航控制裝置具體包括 全球定位系統GPS接收機，用於實時獲取飛行器的位置信息，將所述位置信息發送至導航控制器；以及，接收所述TTL電平穩壓模塊發送的工作反饋脈衝，獲取並記錄工作反饋脈衝時刻；導航控制器，用於接收所述位置信息，將所述位置信息與飛行器設定的航線作業點進行比較，當判定出飛行器進入設計的航線作業點時，向所述觸發控制裝置發送工作觸發指令；以及，接收所述第二指令轉換模塊發送的工作反饋指令，獲取並記錄所述航空遙感器的工作狀態。
4.如權利要求3所述的導航控制系統，其特徵在於，所述工作觸發指令和工作反饋指令的格式為RS232格式；所述第一指令轉換模塊和第二指令轉換模塊為單片機。
5.如權利要求I或2或3或4所述的導航控制系統，其特徵在於，所述導航控制裝置，還用於在發送工作觸發指令後，定時或者實時的向所述航空遙感器發送導航信息，並接收所述航空遙感器發送的作業狀態信息；所述航空遙感器，還用於在接收到所述導航信息後，根據所述導航信息調整工作參數， 並將當前作業狀態信息發送至所述導航控制裝置；其中，所述作業狀態信息包括航空遙感器在工作時所採用的工作參數。
6.一種導航控制系統實現導航控制的方法，其特徵在於，包括步驟1，導航控制裝置在飛行器進入設計的航線作業點時，輸出航空遙感器工作觸發指令；步驟2，觸發控制裝置將所述工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝，並將所述TTL觸發電平脈衝發送至航空遙感器；步驟3，航空遙感器接收到所述TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將工作時產生的工作反饋脈衝發送至所述觸發控制裝置；步驟4，所述觸發控制裝置接收所述工作反饋脈衝，並將所述工作反饋脈衝轉換為所述導航控制裝置識別的工作信息後發送至所述導航控制裝置；步驟5，所述導航控制裝置基於所述觸發控制裝置發送的所述航空遙感器的工作信息， 記錄所述航空遙感器的工作狀態和工作反饋脈衝時刻。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述步驟4具體包括所述觸發控制裝置將所述工作反饋脈衝轉換為工作反饋指令，以及將所述工作反饋脈衝的電平電壓轉換為所述導航控制裝置支持的電平電壓後，將所述工作反饋指令和轉換後的工作反饋脈衝發送至所述導航控制裝置。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述工作觸發指令和工作反饋指令的格式為RS232格式。
全文摘要
本發明公開了一種導航控制系統及其實現導航控制的方法，所述導航控制系統包括導航控制裝置，用於在飛行器進入設計的航線作業點時，向觸發控制裝置發送工作觸發指令，並基於觸發控制裝置反饋的工作信息記錄航空遙感器的工作狀態和工作反饋脈衝時刻；觸發控制裝置，用於將接收到的工作觸發指令轉換為TTL觸發電平脈衝後，發送至航空遙感器；以及接收航空遙感器發送的工作反饋脈衝，並將工作反饋脈衝轉換為導航控制裝置識別的信息後發送至導航控制裝置；航空遙感器，用於接收到TTL觸發電平脈衝後開始工作，並將產生的工作反饋脈衝發送至觸發控制裝置。本發明可以記錄航空遙感器工作狀態和精確的工作時刻，為作業點航後精確位置解算提供支持。
文檔編號G05D1/10GK102591356SQ20121006560
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者左正立, 張兵, 王爾和, 趙海濤, 陳正超, 黎東 申請人:中國科學院對地觀測與數字地球科學中心