无人机群自主编队飞行控制的设计与实现
发布时间：2021-03-03 19:16
无人机编队飞行使用自组织控制,可同时完成多种任务,提高任务完成效率,可应用于搜索救援、战场侦查、军事打击等多个场景,具有扩大任务范围、提高任务执行效率、增加任务完成质量、提升系统容错能力、扩展任务能力等优点,因此受到广泛关注,是目前无人机发展的一个重要方向。本文设计并制作完成了多架四旋翼无人机,组成无人机编队。实现无人机编队飞行首先要确定无人机在空间中的位置,本文选取DWM1000模块做超宽带信号收发模块,结合STM32F103C8T6微控制器设计完成了室内定位软硬件系统,该系统包括锚和标签。4只锚固定在室内不同位置,并标出坐标,标签搭载在四旋翼无人机上实现实时位置检测。使用NRF24L01无线通信模块设计了无线通信系统的硬件和软件,实现无人机与上位机通信,包括作为无人机与上位机通信桥梁的USB适配器,并使用跳频技术实现了单对多通信。用双向测距算法获得标签与4个锚点的距离,使用限幅滤波、卡尔曼滤波对数据进行预处理,再用一阶线性拟合实现测量数据的校正,提高了测量精度。用三边定位和全质心算法设计联合定位算法,解算出标签的空间坐标,并给出解算结果中各轴的定位误差规律,并以此作为估计误差,获得...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国电子科技集团公司无人机编队飞行Figure1.2UAVformationflyingrealizedbyCETC
内蒙古大学硕士学位论文6第二章系统硬件设计在室内实现无人机群的编队飞行，需要具有一定的硬件基础，包括：室内定位系统、四旋翼无人机、USB适配器、上位机(PC)。本章主要针对硬件部分做详细论述，后续章节的实现均以此为基矗2.1室内定位系统超宽带技术采用亚纳秒级的无线脉冲进行通信，具有超高带宽(3.1~10.6GHz)，抗多径效应，抗干扰能力强等优点[28]。本文沿用文献[27]中Decawave公司生产的DWM1000超宽带信号收发模块，以STM32F103C8T6作为主控芯片实现参数配置、工作模式设置、数据收发，它们是构成锚和标签电路的核心器件。定位系统中使用4个锚(Anchor)，1个标签(Tag)。2.1.1锚电路设计图2.1LM1117-3.3稳压电路Figure2.1LM1117-3.3voltageregulatorcircuitAnchor被固定于已知坐标的位置，根据Tag与各Anchor的距离解算Tag的空间坐标，从而实现定位。外部电源(本设计中使用充电宝)通过USB接口给整个电路供电，输入电压是5V，而主控芯片、OLED、DWM1000的工作电压为3.3V，所以用低压差稳压芯片LM1117-3.3将电压降到3.3V，如图2.1所示。锚电路的核心模块是DWM1000，该模块的电路设计如图2.2所示，它只能实现信息的发送与接收，还需要具有一定计算能力的CPU实现距离解算，所以选择了封装为LQFP48的STM32F103C8T6作为主控芯片，如图2.4所示，并预留了程序下载和调试的SWD接口。主控芯片与DWM1000模块之间通过SPI接口通信，实现对DWM1000的模式设置、参数配置和数据收发等功能。0.96寸的12864OLED屏与主控芯片通
内蒙古大学硕士学位论文7过IIC协议通信，如图2.3，用于程序调试和关键参数显示，如：Anchor的编号、Anchor与Tag的距离等信息。经电路印刷加工和元器件焊接，锚的电路实物如图2.5所示。图2.2DWM1000模块电路设计Figure2.2DWM1000modulecircuitdesign图2.3OLED屏接口电路设计Figure2.3CircuitdesignofOLED
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于农村分布式光伏电站勘测的小型无人机倾斜摄影系统及试验[J]. 陈杨,何勇. 农业工程学报. 2019(22)
[2]标签高度差的UWB室内定位方法[J]. 岳俊升,程钢,邓超. 导航定位学报. 2019(03)
[3]基于改进强跟踪滤波器的UWB/AHRS紧组合定位方法[J]. 郑戍华,鲁东原,王向周,刘澎. 北京理工大学学报. 2019(08)
[4]室内定位技术的测试与评估标准综述[J]. 刘公绪,史凌峰. 导航定位学报. 2019(02)
[5]利用蓝牙信号强度的端端协同定位[J]. 张昌庆,黄劲松. 导航定位学报. 2019(02)
[6]WiFi指纹定位中改进的加权k近邻算法[J]. 王博远,刘学林,蔚保国,贾瑞才,甘兴利,黄璐. 西安电子科技大学学报. 2019(05)
[7]基于射频信号强度的室内定位方法[J]. 王肖玥峰,鲁照权,周永燕,徐盛良. 传感器与微系统. 2019(03)
[8]室内可见光通信高精度定位系统设计[J]. 许毅钦,陈志涛,袁涛,陈昊,古志良,张志清,张强,许平,陈俊芳. 发光学报. 2019(01)
[9]基于改进人工势场法的多无人机三维编队路径规划[J]. 谌海云,陈华胄,刘强. 系统仿真学报. 2020(03)
[10]一种单目视觉/UWB组合的室内定位方法[J]. 乔智,徐爱功,隋心,郝雨时. 导航定位学报. 2018(04)
硕士论文
[1]无人机自主编队协同控制方法研究[D]. 郭冬冬.电子科技大学 2018
[2]飞行器协同飞行控制系统的设计与实现[D]. 李根.内蒙古大学 2017
本文编号：3061790
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国电子科技集团公司无人机编队飞行Figure1.2UAVformationflyingrealizedbyCETC
内蒙古大学硕士学位论文6第二章系统硬件设计在室内实现无人机群的编队飞行，需要具有一定的硬件基础，包括：室内定位系统、四旋翼无人机、USB适配器、上位机(PC)。本章主要针对硬件部分做详细论述，后续章节的实现均以此为基矗2.1室内定位系统超宽带技术采用亚纳秒级的无线脉冲进行通信，具有超高带宽(3.1~10.6GHz)，抗多径效应，抗干扰能力强等优点[28]。本文沿用文献[27]中Decawave公司生产的DWM1000超宽带信号收发模块，以STM32F103C8T6作为主控芯片实现参数配置、工作模式设置、数据收发，它们是构成锚和标签电路的核心器件。定位系统中使用4个锚(Anchor)，1个标签(Tag)。2.1.1锚电路设计图2.1LM1117-3.3稳压电路Figure2.1LM1117-3.3voltageregulatorcircuitAnchor被固定于已知坐标的位置，根据Tag与各Anchor的距离解算Tag的空间坐标，从而实现定位。外部电源(本设计中使用充电宝)通过USB接口给整个电路供电，输入电压是5V，而主控芯片、OLED、DWM1000的工作电压为3.3V，所以用低压差稳压芯片LM1117-3.3将电压降到3.3V，如图2.1所示。锚电路的核心模块是DWM1000，该模块的电路设计如图2.2所示，它只能实现信息的发送与接收，还需要具有一定计算能力的CPU实现距离解算，所以选择了封装为LQFP48的STM32F103C8T6作为主控芯片，如图2.4所示，并预留了程序下载和调试的SWD接口。主控芯片与DWM1000模块之间通过SPI接口通信，实现对DWM1000的模式设置、参数配置和数据收发等功能。0.96寸的12864OLED屏与主控芯片通
内蒙古大学硕士学位论文7过IIC协议通信，如图2.3，用于程序调试和关键参数显示，如：Anchor的编号、Anchor与Tag的距离等信息。经电路印刷加工和元器件焊接，锚的电路实物如图2.5所示。图2.2DWM1000模块电路设计Figure2.2DWM1000modulecircuitdesign图2.3OLED屏接口电路设计Figure2.3CircuitdesignofOLED
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于农村分布式光伏电站勘测的小型无人机倾斜摄影系统及试验[J]. 陈杨,何勇. 农业工程学报. 2019(22)
[2]标签高度差的UWB室内定位方法[J]. 岳俊升,程钢,邓超. 导航定位学报. 2019(03)
[3]基于改进强跟踪滤波器的UWB/AHRS紧组合定位方法[J]. 郑戍华,鲁东原,王向周,刘澎. 北京理工大学学报. 2019(08)
[4]室内定位技术的测试与评估标准综述[J]. 刘公绪,史凌峰. 导航定位学报. 2019(02)
[5]利用蓝牙信号强度的端端协同定位[J]. 张昌庆,黄劲松. 导航定位学报. 2019(02)
[6]WiFi指纹定位中改进的加权k近邻算法[J]. 王博远,刘学林,蔚保国,贾瑞才,甘兴利,黄璐. 西安电子科技大学学报. 2019(05)
[7]基于射频信号强度的室内定位方法[J]. 王肖玥峰,鲁照权,周永燕,徐盛良. 传感器与微系统. 2019(03)
[8]室内可见光通信高精度定位系统设计[J]. 许毅钦,陈志涛,袁涛,陈昊,古志良,张志清,张强,许平,陈俊芳. 发光学报. 2019(01)
[9]基于改进人工势场法的多无人机三维编队路径规划[J]. 谌海云,陈华胄,刘强. 系统仿真学报. 2020(03)
[10]一种单目视觉/UWB组合的室内定位方法[J]. 乔智,徐爱功,隋心,郝雨时. 导航定位学报. 2018(04)
硕士论文
[1]无人机自主编队协同控制方法研究[D]. 郭冬冬.电子科技大学 2018
[2]飞行器协同飞行控制系统的设计与实现[D]. 李根.内蒙古大学 2017
本文编号：3061790
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/lindaojc/3061790.html
