无人机飞控系统与实时航迹规划研究

发布时间：2017-03-23 00:02

  本文关键词：无人机飞控系统与实时航迹规划研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，研发、生产和装备无人机成为了世界各国共同发展趋势。飞控系统作为无人机的重要组成部分，主要完成飞行控制和飞行管理，其性能的好坏直接影响无人机飞行品质和安全。 飞控系统主要分为3个部分，飞控计算机、传感器、执行机构。本文在分析飞控系统结构、工作原理的基础上构建飞控系统硬件平台。硬件平台核心处理器采用的TI公司的TMS320F2812，，并与FLASH、SRAM存储器和电源电路一起组成飞控计算机子系统，此外为了方便调试，增加液晶显示部分；传感器子系统包括捷联惯导模块、GPS和高度计。本文分析了各传感器的电路并完成驱动程序的设计及其调试；执行机构为舵机，执行机构方面主要分析了舵机的原理并完成舵机的驱动。为了实现无人机与地面的通讯，飞控系统增加了无线收发模块。收发模块由单片机STC12LE5A60S2控制，无线收发芯片采用的是Silicon Labs公司的Si4432。该模块除了实现通讯功能，同时还可以独立产生PWM波控制舵机。当DSP出现故障或者放弃控制时，可通过无线收发模块遥控无人机。 捷联惯导模块采用ADI公司的单轴角速率陀螺ADIS16080和三轴加速计ADXL345组合而成。由于捷联惯导传感器测得的数据为加速度值和角加速度值，而无人机需要得到的为无人机姿态、速度和位置数据。因此需要对其进行解算。本文分析和研究了四元素解算算法。 航迹规划通常作为任务规划的子系统，是无人机系统的一部分。由于缺乏有人驾驶，无人机在面对瞬息变化的战场往往不能做出及时决策，而实时航迹规划可以在一定程度上弥补这一缺陷。本文就无人机航迹规划进行了研究，主要完成航迹规划的建模和规划算法的实现。规划算法主要包括遗传算法、概率地图方法、分层策略方法，文中分析了各算法原理和对应的程序设计，并在MATLAB中仿真实现。最后系统采用分层策略的方法实现了在线航迹规划中的航迹再规划。
【关键词】：无人机 飞控系统 捷联惯导 航迹规划
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究目的和意义10-11
• 1.2 相关技术国内外发展及研究现状11-14
• 1.2.1 无人机飞控技术国内外发展及研究现状11-12
• 1.2.2 航迹规划技术国内外发展及研究现状12-14
• 1.3 主要研究内容及结构安排14-15
• 1.3.1 主要研究内容14
• 1.3.2 论文结构安排14-15
• 第2章 飞控系统的硬件设计15-34
• 2.1 飞控系统总体设计15-17
• 2.1.1 飞行控制系统原理15
• 2.1.2 飞控系统主要功能15-16
• 2.1.3 飞控系统组成16-17
• 2.2 DSP系统设计17-21
• 2.2.1 DSP芯片介绍17-18
• 2.2.2 电源电路18-19
• 2.2.3 外扩存储器19-20
• 2.2.4 液晶显示屏20-21
• 2.3 捷联惯导模块21-25
• 2.3.1 三轴加速度计22
• 2.3.2 角速率陀螺22-24
• 2.3.3 捷联惯导的组合电路24-25
• 2.4 GPS25-27
• 2.4.1 GPS接收机介绍25-26
• 2.4.2 GPS与系统平台的通信电路26-27
• 2.5 气压高度计的设计27-31
• 2.5.1 硬件组成框图27-28
• 2.5.2 MS5534B与MCU的电路设计28-30
• 2.5.3 串行接口通信电路30
• 2.5.4 电源电路设计30-31
• 2.6 无线收发模块31-34
• 2.6.1 单片机模块31
• 2.6.2 无线收发模块31-32
• 2.6.3 单片机接口电路32-34
• 第3章 飞控系统的软件设计34-43
• 3.1 飞控系统软件总体设计34
• 3.2 捷联惯导模块驱动程序34-37
• 3.2.1 ADXL345 驱动程序35
• 3.2.2 ADIS16080 驱动程序35-37
• 3.3 GPS程序37-39
• 3.3.1 GPS信息格式37-38
• 3.3.2 GPS检测程序38
• 3.3.3 GPS解析数据38-39
• 3.4 液晶显示程序39
• 3.5 PWM波驱动电机39-41
• 3.6 无线收发模块41-43
• 第4章 捷联惯性导航系统43-52
• 4.1 捷联惯性导航原理43-44
• 4.2 捷联惯性常用坐标系44-45
• 4.3 捷联惯性导航算法45-49
• 4.3.1 四元素法转动理论45-46
• 4.3.2 四元素更新46-47
• 4.3.3 速度、位置计算47-48
• 4.3.4 姿态计算48
• 4.3.5 初值计算48-49
• 4.4 捷联惯导算法实现49-50
• 4.5 结果及结果分析50-52
• 第5章 无人机实时航迹规划52-66
• 5.1 无人机航迹规划理论知识52-57
• 5.1.1 数字地图52-55
• 5.1.2 航迹规划约束条件55
• 5.1.3 战场威胁55-57
• 5.1.4 航迹评价57
• 5.2 遗传算法57-60
• 5.2.1 航迹编码58-59
• 5.2.2 适应度函数59
• 5.2.3 遗传操作算子设计59-60
• 5.2.4 仿真结果及结果分析60
• 5.3 概率地图算法60-63
• 5.3.1 概率地图算法概念60-61
• 5.3.2 概率地图的构建61-62
• 5.3.3 PRM算法实现62-63
• 5.3.4 仿真结果及结果分析63
• 5.4 分层策略的实时航迹规划63-65
• 5.4.1 分层策略航迹规划63-64
• 5.4.2 航迹走廊及初始航迹64
• 5.4.3 航迹再规划64-65
• 5.4.4 结果分析65
• 5.5 航迹算法比较65-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士期间发表论文情况71-72
• 致谢72-73
• 附录73-77

【参考文献】

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本文编号：262482