CN117908559A - 单旋翼直升机飞行状态智能监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及直升机监测技术领域，公开了单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，包括中心控制单元，所述中心控制单元连接有用户界面和地面控制中心协同模块，所述中心控制单元电性连接有环境监测模块、飞行数据分析模块和飞行模式智能选择模块，所述环境监测模块主要用于收集温度、湿度、风速的数据，对极端气候和地理环境的适应性，确保在复杂环境中的稳定飞行。通过结合环境监测模块、飞行数据分析模块和飞行模式智能选择模块，提供了对极端气候和复杂地理环境的高度适应性，同时飞行数据分析模块对飞行器的动力系统、控制系统和航向系统进行实时数据分析，提高了飞行过程中的效率，确保了高度的安全性。

Description

单旋翼直升机飞行状态智能监测系统

技术领域

本发明涉及直升机监测技术领域，具体为单旋翼直升机飞行状态智能监测系统。

背景技术

在现代航空工业中，直升机是一种重要的航空器械，直升机的飞行模式包括垂直起降、悬停、前飞、转弯等，每种模式都有其特定的飞行特性和要求，单旋翼直升机的设计是基于其独特的飞行动力学原理。这些动力学特性包括旋翼的气动效应、机体的稳定性与控制性，以及振动特性。

传统的直升机飞行系统主要依赖于手动操控和基本的飞行仪器，如高度计、速度表和方向指示器等，这些系统虽然在一定程度上提供了飞行中必要的信息，但对于极端气候和复杂地理环境的适应性有限，此外，传统系统在飞行数据分析、路线规划和飞行安全监测方面存在局限性，通常需要高度依赖飞行员的经验和判断。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，解决了传统系统在飞行数据分析、路线规划和飞行安全监测方面存在局限性，通常需要高度依赖飞行员的经验和判断的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，包括中心控制单元，所述中心控制单元连接有用户界面和地面控制中心协同模块，所述中心控制单元电性连接有环境监测模块、飞行数据分析模块和飞行模式智能选择模块，所述环境监测模块主要用于收集温度、湿度、风速的数据，对极端气候和地理环境的适应性，确保在复杂环境中的稳定飞行，所述飞行数据分析模块用于对飞行器动力系统、控制系统和航向系统的实时数据分析，确保飞行过程中的高效和安全，所述飞行模式智能选择模块能在面对突发事件时迅速调整飞行模式，以保障安全。

优选的，所述中心控制单元包括智能导航系统、通信模块和能量管理模块，所述智能导航系统集成在中心控制单元内部，用于对地形和障碍物的实时分析功能，能够在复杂的地形中自动规划最佳飞行路线，避免可能的障碍和冲突，所述能量管理模块能够根据飞行任务的需求动态调整能源分配，以提高能效。

优选的，所述通信模块包括卫星通信单元和无线电频率模块，确保在偏远或干扰强烈的环境下也能保持通信的连续性和稳定性。

优选的，所述环境监测模块包括数据收集模块、声音和图像识别模块和机器学习处理单元，所述声音和图像识别模块，能够通过分析环境声音、图像以及其他感知数据来增强飞行安全监测，所述机器学习处理单元通过人工智能技术分析收集到的数据来识别飞行模式和潜在的异常。

优选的，所述数据收集模块使用传感器集成模块进行收集数据，所述传感器集成模块包括振动传感器、温度传感器、压力传感器、速度传感器、气象传感器、姿态传感器和发动机监测传感器，所述数据收集模块利用传感器收集飞行过程中的各种参数，如速度、高度、姿态、引擎状态，并且收集到的数据会传入飞行数据分析模块和机器学习处理单元的内部。

优选的，所述飞行数据分析模块包括自检和故障诊断模块、预警系统和飞行数据记录器，所述自检和故障诊断模块能够在飞行前后自动执行全面的系统检查，发现并报告潜在的故障和性能下降，所述预警系统当检测到异常时，系统会立即向飞行员发出预警，并提出建议的应对措施，所述预警系统设置在用户界面的内部，所述飞行数据记录器能够详细记录飞行过程中的所有数据，以供事后分析使用。

优选的，所述飞行模式智能选择模块包括空域互操作性模块、应急响应模块、自动驾驶辅助模块和动态飞行控制模块，所述空域互操作性模块通信连接在中心控制单元的内部，所述空域互操作性模块实现与其他航空交通系统的互操作性，确保在复杂的空域环境中安全有效地协同运行，所述自动驾驶辅助模块提供飞行员辅助决策支持，增强非标准情况下的飞行安全性，所述动态飞行控制模块能够结合数据处理与分析结果，自动调节飞行参数以优化飞行性能和安全性。

优选的，所述应急响应模块包括自动控制模块和自动降落模块，所述应急响应模块与中心控制单元电性连接，所述自动控制模块和自动降落模块当检测到关键系统故障无法恢复时，能自动选择最近的安全降落地点。

优选的，所述用户界面包括控制面板、地面控制站软件，所述地面控制站软件通信连接在地面控制中心协同模块的内部，所述控制面板与中心控制单元电性连接，所述用户界面能够提供实时数据可视化、飞行性能指标、预警信号。

本发明提供了单旋翼直升机飞行状态智能监测系统。具备以下有益效果：

1、本发明通过结合环境监测模块、飞行数据分析模块和飞行模式智能选择模块，提供了对极端气候和复杂地理环境的高度适应性。使得直升机能够在多变的环境中稳定飞行，同时飞行数据分析模块对飞行器的动力系统、控制系统和航向系统进行实时数据分析，提高了飞行过程中的效率，确保了高度的安全性。

2、本发明通过智能导航系统的集成使得直升机能够实时分析地形和障碍物，自动规划最佳飞行路线，有效避免可能的障碍和冲突，而通信模块包括卫星通信单元和无线电频率模块，确保即使在偏远或信号干扰强烈的环境下也能维持通信的连续性和稳定性。

3、本发明通过声音和图像识别模块结合机器学习处理单元，系统能够分析环境声音、图像以及其他感知数据，增强飞行安全监测，同时数据收集模块使用传感器集成模块进行全面数据收集，包括振动、温度、压力、速度等各种参数，为飞行数据分析和机器学习处理提供了丰富的数据。

附图说明

图1为本发明的系统框架图；

图2为本发明的中心控制单元框架示意图；

图3为本发明的通信模块框架示意图；

图4为本发明的环境监测模块框架示意图；

图5为本发明的数据收集模块框架示意图；

图6为本发明的飞行数据分析模块框架示意图；

图7为本发明的飞行模式智能选择模块框架示意图；

图8为本发明的应急响应模块框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅附图1-附图2，本发明实施例提供单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，包括中心控制单元，中心控制单元连接有用户界面和地面控制中心协同模块，中心控制单元电性连接有环境监测模块、飞行数据分析模块和飞行模式智能选择模块，环境监测模块主要用于收集温度、湿度、风速的数据，对极端气候和地理环境的适应性，确保在复杂环境中的稳定飞行，飞行数据分析模块用于对飞行器动力系统、控制系统和航向系统的实时数据分析，确保飞行过程中的高效和安全，飞行模式智能选择模块能在面对突发事件时迅速调整飞行模式，以保障安全；

具体的，中心控制单元是单旋翼直升机飞行状态智能监测系统的核心部件，负责接收、处理和传输各个模块的数据和信号，实现对直升机的全面控制和管理，中心控制单元采用高性能的微处理器和大容量的存储器，具有高速的运算能力和可靠的数据保护功能，中心控制单元还具有自适应的学习和优化能力，能够根据飞行环境和任务需求，动态调整各个模块的工作参数和模式，提高系统的智能化水平和效率。

请参阅附图2，中心控制单元包括智能导航系统、通信模块和能量管理模块，智能导航系统集成在中心控制单元内部，用于对地形和障碍物的实时分析功能，能够在复杂的地形中自动规划最佳飞行路线，避免可能的障碍和冲突，能量管理模块能够根据飞行任务的需求动态调整能源分配，以提高能效；

具体的，智能导航系统是中心控制单元的重要组成部分，它利用多种传感器和导航设备，如GPS、惯性导航、雷达、光电等，实时获取直升机的位置、速度、姿态、航向等信息，以及周围的地形、障碍物、敌我态势等信息。智能导航系统通过先进的数据融合和图像处理技术，对这些信息进行分析和处理，生成直升机的三维运动轨迹和最佳飞行路线，同时考虑飞行安全、隐身性、经济性等因素，为飞行员提供精确的导航指引和建议。智能导航系统还能够与地面控制中心和其他飞行器进行数据交换，实现空中和地面的协同作战。

请参阅附图3，通信模块包括卫星通信单元和无线电频率模块，确保在偏远或干扰强烈的环境下也能保持通信的连续性和稳定性；

具体的，通信模块负责实现直升机与外部的信息通信和数据传输。通信模块包括卫星通信单元和无线电频率模块，卫星通信单元利用卫星信号，实现远距离、高速率、高可靠性的通信，无线电频率模块利用无线电波，实现近距离、低功耗、低干扰的通信。通信模块能够根据通信环境和需求，自动选择合适的通信方式和频率，保证通信的连续性和稳定性。通信模块还能够对通信数据进行加密和解密，保证通信的安全性。

请参阅附图4，环境监测模块包括数据收集模块、声音和图像识别模块和机器学习处理单元，声音和图像识别模块，能够通过分析环境声音、图像以及其他感知数据来增强飞行安全监测，机器学习处理单元通过人工智能技术分析收集到的数据来识别飞行模式和潜在的异常；

具体的，环境监测模块主要用于收集温度、湿度、风速等环境数据，评估极端气候和地理环境的适应性，确保在复杂环境中的稳定飞行，而声音和图像识别模块能够通过分析环境声音、图像以及其他感知数据来增强飞行安全监测。声音和图像识别模块利用麦克风、摄像头、红外、激光等设备，收集直升机周围的声音和图像信息，如敌方飞机的声呐、雷达、导弹等信号，以及地面的障碍物、敌方部队、友方部队等目标。并且通过信号处理和模式识别技术，对这些信息进行识别和分类，判断敌我态势和威胁程度，为飞行员提供预警和建议，而机器学习处理单元利用神经网络、支持向量机、随机森林等机器学习算法，对数据进行特征提取、降维、分类、回归等操作，从中发现数据的规律和关系，建立数据的模型和预测函数。机器学习处理单元能够根据数据的变化，自动调整模型的参数和结构，提高模型的准确性和泛化能力。再根据数据模型，识别直升机的飞行模式，如巡航、悬停、攻击、逃逸等，以及潜在的异常，如故障、损伤、干扰等，为飞行员提供参考和建议。

请参阅附图5，数据收集模块使用传感器集成模块进行收集数据，传感器集成模块包括振动传感器、温度传感器、压力传感器、速度传感器、气象传感器、姿态传感器和发动机监测传感器，数据收集模块利用传感器收集飞行过程中的各种参数，如速度、高度、姿态、引擎状态，并且收集到的数据会传入飞行数据分析模块和机器学习处理单元的内部；

具体的，数据收集模块是环境监测模块的基础部分，它使用传感器集成模块进行数据采集，传感器集成模块包括振动传感器、温度传感器、压力传感器、速度传感器、气象传感器、姿态传感器和发动机监测传感器，这些传感器分布在直升机的各个部位，能够实时监测直升机的各种参数，如速度、高度、姿态、引擎状态等，以及周围的环境参数，如温度、湿度、风速等。数据收集模块利用传感器收集的数据，经过滤波、校准、压缩等处理，将数据传输到中心控制单元，同时将数据存储在飞行数据记录器中，以供事后分析使用。

请参阅附图6，飞行数据分析模块包括自检和故障诊断模块、预警系统和飞行数据记录器，自检和故障诊断模块能够在飞行前后自动执行全面的系统检查，发现并报告潜在的故障和性能下降，预警系统当检测到异常时，系统会立即向飞行员发出预警，并提出建议的应对措施，预警系统设置在用户界面的内部，飞行数据记录器能够详细记录飞行过程中的所有数据，以供事后分析使用；

具体的，用于对飞行器动力系统、控制系统和航向系统的实时数据分析，确保飞行过程中的高效和安全。飞行数据分析模块包括自检和故障诊断模块、预警系统和飞行数据记录器，自检和故障诊断模块能够在飞行前后自动执行全面的系统检查，发现并报告潜在的故障和性能下降，预警系统当检测到异常时，系统会立即向飞行员发出预警，并提出建议的应对措施，预警系统能够通过声音、图像、文字等方式，向飞行员显示异常的类型、位置、程度和原因，以及可能的后果和风险。预警系统还能够根据飞行员的反馈和飞行模式，提供合适的应急方案，如切换到自动驾驶、调整飞行参数、改变飞行路线、执行自动降落等。预警系统能够与中心控制单元和其他模块协同工作，实现快速的故障处理和恢复。

请参阅附图7，飞行模式智能选择模块包括空域互操作性模块、应急响应模块、自动驾驶辅助模块和动态飞行控制模块，空域互操作性模块通信连接在中心控制单元的内部，空域互操作性模块实现与其他航空交通系统的互操作性，确保在复杂的空域环境中安全有效地协同运行，自动驾驶辅助模块提供飞行员辅助决策支持，增强非标准情况下的飞行安全性，动态飞行控制模块能够结合数据处理与分析结果，自动调节飞行参数以优化飞行性能和安全性；

具体的，空域互操作性模块实现与其他航空交通系统的互操作性，确保在复杂的空域环境中安全有效地协同运行。空域互操作性模块通信连接在中心控制单元的内部，能够接收和发送空域信息，如飞行计划、飞行路线、飞行状态、飞行指令等。空域互操作性模块能够与地面控制中心、其他飞行器、空中交通管制系统等进行数据交换，实现空域的共享和协调。空域互操作性模块能够根据空域信息，自动调整飞行模式，如避让、协同、跟随等，以保证空域的安全和效率。

请参阅附图8，应急响应模块包括自动控制模块和自动降落模块，应急响应模块与中心控制单元电性连接，自动控制模块和自动降落模块当检测到关键系统故障无法恢复时，能自动选择最近的安全降落地点；

具体的，应急响应模块是飞行模式智能选择模块的重要部分，它能够在检测到关键系统故障无法恢复时，自动选择最近的安全降落地点，自动控制模块能够在发生故障时，接管飞行员的控制权，稳定直升机的姿态和速度，避免失控或坠毁，自动降落模块能够根据地形和障碍物的信息，选择最近的安全降落地点，如机场、停机坪、空旷地带等，执行自动降落的程序，保证直升机和飞行员的安全。

请参阅附图1，用户界面包括控制面板、地面控制站软件，地面控制站软件通信连接在地面控制中心协同模块的内部，控制面板与中心控制单元电性连接，用户界面能够提供实时数据可视化、飞行性能指标、预警信号；

具体的，用户界面能够提供实时数据可视化、飞行性能指标、预警信号等信息，方便飞行员进行飞行控制和管理，控制面板能够显示飞行器的各种参数和状态，如速度、高度、姿态、引擎状态、传感器数据、通信数据、导航数据、预警数据等，以及飞行模式智能选择模块的建议和指令，如飞行路线、飞行高度、飞行速度、飞行姿态、飞行模式等，飞行员能够通过控制面板进行飞行控制和管理，地面控制站软件能够实现与地面控制中心的数据交换，地面控制中心能够对飞行器进行远程监控和指挥，以实现空中和地面的协同作战。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，包括中心控制单元，其特征在于，所述中心控制单元连接有用户界面和地面控制中心协同模块，所述中心控制单元电性连接有环境监测模块、飞行数据分析模块和飞行模式智能选择模块，所述环境监测模块主要用于收集温度、湿度、风速的数据，对极端气候和地理环境的适应性，确保在复杂环境中的稳定飞行，所述飞行数据分析模块用于对飞行器动力系统、控制系统和航向系统的实时数据分析，确保飞行过程中的高效和安全，所述飞行模式智能选择模块能在面对突发事件时迅速调整飞行模式，以保障安全。

2.根据权利要求1所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述中心控制单元包括智能导航系统、通信模块和能量管理模块，所述智能导航系统集成在中心控制单元内部，用于对地形和障碍物的实时分析功能，能够在复杂的地形中自动规划最佳飞行路线，避免可能的障碍和冲突，所述能量管理模块能够根据飞行任务的需求动态调整能源分配，以提高能效。

3.根据权利要求2所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述通信模块包括卫星通信单元和无线电频率模块，确保在偏远或干扰强烈的环境下也能保持通信的连续性和稳定性。

4.根据权利要求1所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述环境监测模块包括数据收集模块、声音和图像识别模块和机器学习处理单元，所述声音和图像识别模块，能够通过分析环境声音、图像以及其他感知数据来增强飞行安全监测，所述机器学习处理单元通过人工智能技术分析收集到的数据来识别飞行模式和潜在的异常。

5.根据权利要求4所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述数据收集模块使用传感器集成模块进行收集数据，所述传感器集成模块包括振动传感器、温度传感器、压力传感器、速度传感器、气象传感器、姿态传感器和发动机监测传感器，所述数据收集模块利用传感器收集飞行过程中的各种参数，如速度、高度、姿态、引擎状态，并且收集到的数据会传入飞行数据分析模块和机器学习处理单元的内部。

6.根据权利要求1所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述飞行数据分析模块包括自检和故障诊断模块、预警系统和飞行数据记录器，所述自检和故障诊断模块能够在飞行前后自动执行全面的系统检查，发现并报告潜在的故障和性能下降，所述预警系统当检测到异常时，系统会立即向飞行员发出预警，并提出建议的应对措施，所述预警系统设置在用户界面的内部，所述飞行数据记录器能够详细记录飞行过程中的所有数据，以供事后分析使用。

7.根据权利要求1所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述飞行模式智能选择模块包括空域互操作性模块、应急响应模块、自动驾驶辅助模块和动态飞行控制模块，所述空域互操作性模块通信连接在中心控制单元的内部，所述空域互操作性模块实现与其他航空交通系统的互操作性，确保在复杂的空域环境中安全有效地协同运行，所述自动驾驶辅助模块提供飞行员辅助决策支持，增强非标准情况下的飞行安全性，所述动态飞行控制模块能够结合数据处理与分析结果，自动调节飞行参数以优化飞行性能和安全性。

8.根据权利要求7所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述应急响应模块包括自动控制模块和自动降落模块，所述应急响应模块与中心控制单元电性连接，所述自动控制模块和自动降落模块当检测到关键系统故障无法恢复时，能自动选择最近的安全降落地点。

9.根据权利要求1所述的单旋翼直升机飞行状态智能监测系统，其特征在于，所述用户界面包括控制面板、地面控制站软件，所述地面控制站软件通信连接在地面控制中心协同模块的内部，所述控制面板与中心控制单元电性连接，所述用户界面能够提供实时数据可视化、飞行性能指标、预警信号。