四旋翼无人机防冲突系统设计

发布时间：2017-08-06 10:15

  本文关键词：四旋翼无人机防冲突系统设计

  更多相关文章： 无人机组 冲突预测 解脱策略 导航模块 ADS-B

【摘要】：研究了基于PID算法的四旋翼无人机控制方法,分析了四旋翼无人机性能参数及飞行环境参数对控制系统性能的影响,通过仿真分析证明了算法的有效性。针对同一区域内多架无人机统一作业问题,提出一种无人机冲突预测及解脱算法。通过读取传感器参数(姿态、位置、高度),计算出无人机之间的冲突概率。根据得到的概率,分析出航行阶段存在冲突的成员,做出实际有效的解脱策略应对。若是有冲突迹象,无人机根据解脱算法做出以下应对措施:高度调整、航向调整和速度调整。开发出一款面向无人机组监管领域的防冲突系统平台,由两部分组成:具有自动驾驶能力的飞行部分、负责监管的地面站部分。分析了该平台的功能需求,硬软件要求,并进行了平台硬、软件系统的初步设计,构建了初步的防冲突系统控制框架。飞行部分由飞行管理单元(FMU)、传感器测量单元(IMU)、电源系统管理单元(PSM),ADS-B通讯器、北斗II代导航模块、GPRS通信模块组成;FMU通过IMU及导航模块获取无人机高度、航向、速度、经纬度信息,通过ADS-B接收机接收空域民航客机位置信息来自主避让客机。地面站部分通过GPRS与无人机部分通信,负责面板显示、参数设置及冲突避让算法计算。实验证明,地面站系统能够获取下传的无人机姿态和路径信息,如遇算法内的路径冲突则根据算法重新规划路径,更新到无人机系统;无人机也能够做出响应。
【关键词】：无人机组 冲突预测 解脱策略 导航模块 ADS-B
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 课题研究目的11-12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.3.1 国外研究现状12
• 1.3.2 国内研究现状12-13
• 1.4 课题研究内容13-14
• 第二章 四旋翼无人机非线性模型14-29
• 2.1 引言14
• 2.2 飞行原理介绍14-15
• 2.3 非线性建模15-19
• 2.3.1 模型建立条件15-16
• 2.3.2 转化矩阵构建16
• 2.3.3 作用力及力矩计算16-18
• 2.3.4 非线性模型18-19
• 2.4 PID算法的飞控模型19-29
• 2.4.1 模型分析19
• 2.4.2 模型建立19-24
• 2.4.3 仿真验证24-29
• 第三章 无人机防冲突算法研究29-38
• 3.1 引言29-30
• 3.2 无人机冲突的检测算法研究30-33
• 3.2.1 无人机冲突位置的计算30-31
• 3.2.2 无人机冲突距离的计算31
• 3.2.3 无人机冲突概率的计算31-32
• 3.2.4 仿真测试32-33
• 3.3 无人机冲突的避让算法研究33-38
• 3.3.1 高度调整避让方案33-34
• 3.3.2 航向调整避让方案34-35
• 3.3.3 速度调整避让方案35
• 3.3.4 最优避让方案35-38
• 第四章 四旋翼无人机防冲突系统的平台搭建38-66
• 4.1 引言38
• 4.2 平台整体框架38-40
• 4.2.1 平台结构38-39
• 4.2.2 平台功能39
• 4.2.3 平台设计原则39-40
• 4.3 飞控系统设计40-50
• 4.3.1 工作原理40-41
• 4.3.2 飞行系统硬件设计41-44
• 4.3.3 飞控系统软件设计44-50
• 4.4 ADS-B系统的设计50-56
• 4.4.1 工作原理50
• 4.4.2 发射机硬件设计50-52
• 4.4.3 接收机硬件设计52-53
• 4.4.4 接收机软件设计53-56
• 4.5 GPRS无线系统设计56-59
• 4.5.1 工作原理56-57
• 4.5.2 硬件设计57-58
• 4.5.3 软件设计58-59
• 4.6 北斗II代导航定位系统设计59-62
• 4.6.1 工作原理59-60
• 4.6.2 硬件设计60-61
• 4.6.3 软件设计61-62
• 4.7 地面站设计62-66
• 4.7.1 工作原理62
• 4.7.2 硬件设计62-63
• 4.7.3 软件设计63-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士期间发表论文72-73
• 附录73-79

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