Autopilot Flight Control System for Unmanned Helicopters
汉和航空无人直升机自动驾驶控制系统（APFC-1）是无锡汉和航空技术有限公司经过多年艰苦研发，数千架次的试飞，与国内外顶级专业研发机构长期合作研发成功的一款用于工程无人直升机定制自动驾驶仪。APFC-1拥有完全的自主知识产权,多项创新和专利技术。适合于不同大小的工程用无人驾驶直升飞机的自动驾驶。
APFC-1是一款集GPS/INS组合导航与自动飞行控制于一体化的产品。特别是对使用多冲程燃油发动机的无人直升机这类稳定性差、高度耦合和高频振动环境下，进行稳定，可靠的控制，并实现在多种模式下自动导航飞行。
硬件技术上以系统的可靠性为设计的最高准则，采用工业级成熟的浮点型DSP、ARM控 制器芯片，各个模块都有自己独立的控制器进行工作，各种数据的输入输出都进行了有效的电路保护和隔离，考虑到多冲程燃油发动机的高频振动，野外的环境和电 磁干扰等恶劣情况,传感器采用了国外工业级,军用级的产品，以获得高精度、高可靠性的飞行状态测量数据。系统预留多种串口、GPIO、PWM输入/输出外 部接口，方便用户设备与飞控系统的集成。飞控计算机高达50Hz的解算和控制刷新率，为实现对无人直升机的高精度控制提供硬件保障。
导航技术上采用扩展卡尔曼滤波器（EKF）算法，对各类传感器（高抗震性能的3轴 MEMS垂直陀螺、3轴加速度计、WMM算法的3轴磁场计、GPS、气压高度计、转速传感器）、操控输入量等进行采集与深度融合处理，可精确的推算出位 置、速度、姿态、航向、角速率和加速度6维空间中修正的值，大大提高了导航数据的稳定性与精度。为控制提供了可靠的数据来源。
控制技术上以系统的安全性为设计最高准则，采用先进PID控制方法，通过对汉和航空无人直升机平台进行大量的实验和扫频数据进行分析，兼顾系统的安全性，操控性以及鲁棒性的最佳参数配合。飞行控制过程中可应对外界对无人机的扰动，增强应付不确定性的能力。APFC-1具有对GPS信号丢失，数据链断裂，电源监控报警等紧急情况的处理功能，可以一键悬停，自动返航和失控保护等功能。
基于小型无人直升机动力学模型（SUHDM），结合计算机3D场景构建了包含飞控计算机、舵机，地面控制站等硬件在整个系统的实时仿真环境，实现对飞行控制策略、控制逻辑的有效验证，最大程度上确保飞控系统安全可靠。
APFC-1地面站采用基于Google Earth/InfoMap设计方案，飞行航路可以预先在Google Earth/InfoMap上简单地设置，实现全自动飞行，同时飞行状态信息通过无线电台实时地传送到地面站进行监控，记录和管理以及“第一人称”飞行等功能。
APFC-1硬件实物 APFC-1地面站界面 APFC-1仿真环境
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飞行控制 |
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控制模式 |
遥控、指令导航、自动导航、自动返航、自动失控保护 |
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飞行模态 |
定点悬停，定速/定高巡航，协调转弯，斜爬升/盘旋爬升，增稳起飞/降落，自动起飞/降落 |
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控制距离 |
视数据链通讯距离和飞行任务半径能力而定（默认5km） |
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航速 |
8-10 m/s（空速） |
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悬停定位精度 |
< 3m |
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航线精度 |
< 5m |
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速度控制精度 |
< 10% |
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抗风能力 |
< 5级 |
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地面站 |
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控制地面站 |
Windows系统，具备电子地图、虚拟仪表、综合显示、指令面板、航路设定、状态监控和报警功能。 |
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调试参数地面站 |
Windows系统，姿态，速度，位置等各环节控制参数，部分传感器的精度的设置与读取。 |
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GPS（NovAtel OEMSTAR 10HZ） |
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定位精度 |
1.5 M (单点定位L1) |
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数据更新率 |
10Hz |
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GPS天线 |
航空级天线 |
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IMU |
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航向角范围 |
±180 º |
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航向角精度 |
< 1 º （磁罗盘数据,WMM融合校正） |
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横滚角，俯仰角范围 |
±180 º，±90 º |
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横滚角，俯仰角精度 |
静态< 0.3 º,动态<2.0º |
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姿态角速率 |
±200 º/sec |
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X,Y,Z加速度范围 |
3g（标准），5g（大范围） |
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气压计范围 |
300－2000mbar |
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数传电台 |
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工作频率 |
902-928 MHz， |
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发送功率 |
Max 1W |
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供电电压 |
6-30 Vdc |
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数传距离 |
5-20 Km根据环境以及天线高度 |
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接口 |
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GPS天线 |
1通道 |
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串口I/O |
RS232 5通道，RS422 1通道 |
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PWM输入 |
10通道 |
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PWM舵机输出 |
9通道 |
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电源 |
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电源 |
12±2VDC |
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功耗 |
< 6w |
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工作温度 |
-40－80℃ |
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尺寸/重量 |
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IMU |
76(D) X 93(W) X 77(H) 650g 内部减震 |
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飞控计算机 |
81(D) X 110(W) X 41(H) 390g |
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外设控制器 |
71(D) X 75(W) X 25(H) 130g |
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GPS等采集器 |
55(D) X 82(W) X 23(H) 110g |
APFC-1系统框架图
全自动飞行视频效果请点击此链接：http://www.tudou.com/programs/view/fDSDltyYvE4/
下载附件： 汉和航空自动驾驶仪控制系统
