基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究

发布时间：2016-12-22 16:03

  本文关键词：基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《内蒙古工业大学》 2015年

基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究

刘慧  

【摘要】：高度数据是小型无人机飞行控制的重要参数,目前普遍采用气压传感器感知大气压强变化,通过气压高度公式计算得到海拔高度,或直接由GPS接收模块的NMEA0183数据报文得到海拔高度数据。为实现小型无人机的自主起飞、着陆或在地形复杂的环境下超低空飞行,需要获得较高精度的相对高度数据。微小型无人机对飞控系统的重量、体积和功耗有着苛刻的限制,难以通过无线电高度表、测距雷达等传统成熟手段获得相对高度数据。近年来,采用超声波测距技术获取更高精度相对高度数据的方法以短距离超声测距传感器体积小、重量轻、功耗低及精度高的优势,在微小型无人机飞控系统中正受到越来越多的重视。本文分析论述了小型无人机飞行控制对高度参数的测量需求、各种高度测量技术的原理和特点以及国内外小型无人机高度测量技术的研究与应用现状;深入分析研究了空气的温湿度和气压、超声换能器输出信号频率和波束角、多普勒效应和不同飞行状态等多种因素对小型无人机超声波高度测量的影响。为对小型无人机超声波高度测量的静、动态特性进行实验研究和测试验证,设计搭建了一个由ARM Contex-M3微控制器STM32F103TB开发板、无线数传电台和Phantom2微型四旋翼无人机构成的实验研究平台。文中详细论述了平台嵌入式软件系统的总体结构、软件模拟I2C接口和UART接口、主要传感器数据采集与处理、通信数据帧封装与无线发送等各关键程序模块的设计思想和过程,以及上位机软件中数据无线接收、显示和记录等功能的设计与实现。借助该平台,对采用数字式超声波测距模块KS103获取小型无人机相对高度参数的诸多关键问题进行了测试分析和实验研究,论文分析讨论了在不同测试条件下获得的静态测试数据,和搭载Phantom2在室外不同地面条件下飞行测试获得的动态数据,给出了由静、动态测试数据得到的分析结论。希望本文对超声波高度测量方法涉及的关键问题进行的理论分析和实验研究结论可供微小型无人机高度测量技术研究与飞行控制系统设计参考借鉴。

【关键词】：
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 黄纪晨;黄腾;;GPS测高精度分析与研究[J];测绘与空间地理信息;2011年06期

2 琚晓涛;谷立臣;闫小乐;;远距离超声测距传感器激励脉冲研究[J];传感器与微系统;2014年01期

3 杨景阳;李荣冰;杭义军;刘建业;;超声波阵列的飞行高度与姿态测量方法[J];航空计算技术;2013年05期

4 刘博;常佶;;用于小型无人机的超声波低空测高系统实验研究[J];宇航计测技术;2010年03期

5 禤家裕;裴海龙;;串级PID的无人机自主起降系统设计[J];自动化与仪表;2010年10期

6 茹滨超;鲜斌;宋英麟;曹美会;;基于气压传感器的无人机高度测量系统[J];中南大学学报(自然科学版);2013年S2期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 熊德永;马慧;;互相垂直同频率简谐振动的合成轨迹方程的推导[J];安徽科技学院学报;2010年02期

2 邹俊峰;两种感受性声波干涉的方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年02期

3 胡运兵;宋劲;徐宏武;;声波透射法在桥桩安全检测中的应用[J];地下空间与工程学报;2005年05期

4 焦清,李乐榕,王康健,黄佩杰;1420冷轧机组测厚仪系统缺陷分析与改进[J];宝钢技术;2005年S1期

5 徐全军;陈威;秦军;李裕春;孔福利;;封闭式聚能装药爆炸噪声控制装置实验研究[J];兵工学报;2010年S1期

6 商亚南,丁汉泉;瞬态空气等离子体场的全息术研究[J];北京航空航天大学学报;1991年04期

7 马朝臣,李明华,魏名山,于立国,吴千里;用背散射法对ECAF壁面沉积层的研究[J];北京理工大学学报;2004年12期

8 秦军;徐全军;钟明寿;李兴华;;聚能装药爆炸噪声控制装置试验研究[J];爆破器材;2010年01期

9 陈明;孙新占;刘远国;陶猛;汤渭霖;;舰艇空气噪声引起水下噪声的估算方法及试验验证[J];船舶力学;2008年04期

10 邓岩;赵振明;李佳宇;;提高相位式激光测距分辨率的一种设计方法[J];长春理工大学学报(自然科学版);2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 于旭华;;小儿头皮静脉输液中单柄固定的效果观察[A];第二十七届航天医学年会暨第十届航天护理年会论文汇编[C];2011年

2 焦宇;郑晓琳;;518例噪音接触工人的纯音测听结果分析[A];吉林省医学会第九次耳鼻咽喉—头颈外科学术会议论文汇编[C];2011年

3 鄂治群;周远波;;半消声室声学特性仿真研究与实验[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年

4 刘振君;陈庆瑞;陈光华;张睿;;一种水下无线对讲机用宽带换能器[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年

5 朱亦丹;李孝宽;刘磊;李磊;;针对高噪声作业场所的工程治理办法分析[A];中国职业安全健康协会2008年学术年会论文集[C];2008年

6 徐全军;陈威;秦军;李裕春;孔福利;;封闭式聚能装药爆炸噪声控制填充材料影响研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集（下册）[C];2009年

7 陈雄洲;;一种水下火箭发动机喷气噪声的预报方法[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年

8 阎备战;;发动机下方密封结构降噪改进应用研究[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2011年

9 阎备战;;车外加速噪声影响因素定量分析研究[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2011年

10 余文斌;郑学文;陈晓勤;吴明磊;富喜;;超微孔吸声技术和结构应用研究[A];全国环境声学学术讨论会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 姜恒;多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

2 李建宝;声子晶体带隙调控的数值与实验研究[D];北京交通大学;2011年

3 刘松;基于相位共轭方法进行声源识别和定位[D];大连理工大学;2011年

4 何江新;海德格尔对传统形而上学的解构[D];华东师范大学;2011年

5 方锡良;马克思自然观研究[D];复旦大学;2011年

6 赵伟;时间与创造[D];复旦大学;2011年

7 廖有为;单组份聚氨酯（脲）弹性体涂层研制及其表面保护性能研究[D];机械科学研究总院;2011年

8 张宇;中国建筑思想中的音乐因素探析[D];天津大学;2009年

9 周宁宁;面向真空低温下超声波电机的振动摩擦与悬浮特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

10 王伟魁;储罐罐底腐蚀声发射检测信号处理关键技术研究[D];天津大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 胡婷萍;大厚度电子束焊缝的超声检测及缺陷散射信号的研究[D];南昌航空大学;2010年

2 郭晓斌;罗茨鼓风机低噪声结构与内流数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年

3 归宏猛;矢量水听器（阵）及其在低频声源校准中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 蔡乐;海洋环境噪声声学成像的仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 熊草根;舱室空气噪声激励壳体声辐射研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 郭冲冲;边界条件下矢量噪声场的时空相关特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 朱昌志;基于PLC与组态王的煤仓煤位监控系统[D];辽宁工程技术大学;2009年

8 何涛焘;纵波压电传感器瞬态特性的模拟与实验研究[D];湘潭大学;2010年

9 郭克涛;基于ODEON的高校游泳馆音质控制仿真研究[D];中国海洋大学;2010年

10 艾奇;微型计算机CPU散热器中轴流风扇噪声计算方法与优化的研究[D];华南理工大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 祝琴;王琪;刘浩;;大量程超声波测距系统[J];兵工自动化;2009年08期

2 郑音飞;陈裕泉;;超声换能器发射激励能量利用率的研究[J];传感技术学报;2007年02期

3 李戈;孟祥杰;王晓华;王重秋;;国内超声波测距研究应用现状[J];测绘科学;2011年04期

4 曾云,胡友健;GPS短基线测量的误差来源[J];城市勘测;2004年02期

5 侯海啸;苏明;张虎龙;解伟群;冯巧宁;;飞机着陆道面段运动参数图像测量技术[J];电光与控制;2009年02期

6 简盈,王跃科,潘仲明;超声换能器驱动电路及回波接收电路的设计[J];电子技术应用;2004年11期

7 黄声享;提高GPS基线解算质量的某些技术[J];工程勘察;1995年01期

8 隋卫平,潘仲明,王跃科;一种新型的超声换能器驱动与回波检测电路设计[J];国防科技大学学报;2004年03期

9 王小华;周松青;殷严刚;;基于温度补偿的超声波测距系统设计[J];广西物理;2012年02期

10 谢劭峰;观测卫星选择对GPS基线解算质量的影响[J];海洋测绘;2005年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杨云高;鲜斌;殷强;李浩涛;曾伟;;四旋翼无人飞行器架构及飞行控制的研究现状[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王莹;高精度超声波测距仪的研究设计[D];华北电力大学（北京）;2006年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 范丽京;;美国、以色列小型无人机发展概览[J];航空科学技术;2007年03期

2 付鹏伟;;小型无人机对地目标盘旋跟踪仿真[J];通信技术;2012年01期

3 更云;;波音公司联合谢菲尔德大学利用3D打印技术制造小型无人机[J];轻兵器;2014年09期

4 云超;李小民;郑宗贵;刘品;;中小型无人机建模分析与仿真研究[J];计算机仿真;2013年11期

5 陆佩华;小型无人机作用不小[J];科学启蒙;1996年06期

6 侯帅;李文杰;;美陆军正评估小型无人机系统[J];飞航导弹;2005年11期

7 张元明,赵鹏飞,何颖,赵景丽;热压罐成型小型无人机机体结构用复合材料[J];玻璃钢/复合材料;2005年02期

8 文苏丽;阿雯;;小型无人机将成为美国新无人飞行系统项目的主力[J];飞航导弹;2008年11期

9 孙晓媛;;某小型无人机空中风干扰模拟的简易算法与实现[J];大众科技;2008年05期

10 何煦虹;蒋琪;;雷锡恩公司为小型无人机提供重油发动机[J];飞航导弹;2008年09期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 李晓宇;蒲立;唐小虎;;小型无人机的图像采集系统及目标识别[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年

2 赵欣欣;刘培志;王晋华;瞿蓉;;微小型无人机飞行信息在电子地图上的实时处理[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年

3 辛哲奎;方勇纯;张玉东;申辉;张葛;;基于视觉的小型无人机地面目标状态估计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

4 蒲立;李晓宇;王挺;唐小虎;韩志杰;;简化配置小型无人机系统及其模糊PID控制[A];2004中国空中机器人大赛论文汇编[C];2004年

5 潘倩兮;赵龙;张常云;;自适应Kalman滤波算法在小型无人机自主导航中的应用[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

6 王刚;胡峪;宋笔锋;;基于正弯度翼型的手掷飞翼布局小型无人机优化设计[A];探索 创新 交流——第五届中国航空学会青年科技论坛文集(第5集)[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 记者 俞慧友 通讯员 周威;[N];科技日报;2013年

2 ;[N];新华每日电讯;2009年

3 吴蔚;[N];中国航空报;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李建明;低空轻小型无人机遥感图像快速拼接关键技术研究[D];中国地质大学(北京);2015年

2 刘慧;基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究[D];内蒙古工业大学;2015年

3 乌仁格日乐;小型无人机自驾仪传感器子系统的研究与设计[D];内蒙古工业大学;2009年

4 聂志彪;小型无人机导航与制导关键技术研究[D];南京航空航天大学;2009年

5 龚晓莉;小型无人机自驾仪通信子系统设计[D];内蒙古工业大学;2007年

6 刘宇清;小型无人机综合性能测试台的设计与优化[D];西安建筑科技大学;2009年

7 马少瑛;小型无人机地面站的研究与设计[D];内蒙古工业大学;2009年

8 刘娟;小型无人机地面站电子地图子系统研究与设计[D];内蒙古工业大学;2009年

9 邢向亮;小型无人机发动机支撑系统优化设计[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

10 孙雨;小型无人机通信系统的研究与构建[D];华南理工大学;2011年

  本文关键词：基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：223602