基于地面站系统的无人机编队的设计与实现

发布时间：2020-06-08 18:33

【摘要】：无人机用途广泛,种类繁多,按飞行平台构型分类主要分为旋翼和固定翼两类,随着科技的进步和需求的日益增长,单机无人机执行任务单一、效率低、风险性大等缺点已无法满足人类在各领域的需求,多无人机编队执行任务具有协同性强、执行效率好、任务完成率高等特点,在军事,抗灾救险等领域发挥着至关重要的作用。本文基于leader-follower编队控制模型在自主开发的地面站操控系统实现了控制固定翼无人机编队飞行的可行性设计。首先,无人机航迹的生成要根据实时飞行任务的要求,在本文开发的地面站系统上,针对无人机航迹规划问题,本文提出了根据长机航迹点,逐点由系统自动生成各僚机航迹的算法,降低了人为设置任务点的复杂性。基于leader-follower编队控制模型,通过设置模型中个体间的间距和方位角建立编队模型,即可判断当长机在某航迹点时僚机的坐标方位。实际飞行中,长机两侧的僚机因为转弯半径大小的差别会导致飞行距离的差异,本算法的优点在于对两侧僚机航迹采用不同的规划算法,对航迹的优化处理,解决因转弯半径大小不同造成的编队误差。在编队控制方面,px4开源固件已经实现了四旋翼的位置控制,基于四旋翼位置控制的实现方式和固定翼的固件特性,本文提出以航迹规划为主,速度调节为辅,引入引导点配合速度调节的算法解决固定翼的编队控制问题。无人机通过mavlink协议下发至地面站的gps定位计算引导点即僚机期望位置,融合PID控制算法,计算引导点与僚机实际位置的误差以及长机、僚机速度上的误差作为PID控制模型的输入,提出僚机速度调节算法以解决在无人机偏离航迹时编队重构的问题,通过PID控制调节更有利于固定翼无人机飞行的稳定性。动态的以长机为中心调整僚机的位置,提高了编队控制的鲁棒性。本文的最后是对实际控制多无人机编队飞行的地面站系统的详细设计,包括系统各个模块单元的数据结构设计,主要函数的功能和函数执行流程,以及如何自定义mavlink消息实现功能需求,最终通过地面站系统控制完成无人机编队飞行的任务。
【图文】：

图 1.1 早期无人机试飞场景驾驶飞机被广泛投入使用于气象监测、地质勘测助等公共事业领域中，尤其在军事领域的运用中具有不会造成无人员伤亡这一大特点[2]，促使无践的不断增长中，由于单机无人机无法执行大型等特点，多无人机编队技术应运而生。多无人机无人机“死亡”导致的整个任务的失败，具有极强执行任务可以做到单机无人机无法独立完成的成像方面，多无人机编队通过各自携带的视频设短时间内的单次飞行即可实现单机无人机多次飞

第 2 章 论文相关理论知识介绍第 2 章 论文相关理论知识介绍为了更好的开发控制固定翼无人机编队飞行的地面站系统，实现航迹规划和可靠的固定翼编队算法，本章对固定翼的特性和无人机与地面站所使用的通讯协议，以及编队相关技术做详细介绍，以便后续模型的建立和算法的推导。2.1 固定翼飞行器固定翼是无人机所有分类中广泛应用于军事中的一种机型，机翼固定无需旋转，是依靠经过机翼的气流提供升力的飞行器类型，常见的民航客机，，战斗机都属于固定翼飞机的范畴。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279

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10 王s

本文编号：2703472