系留式多旋翼无人机在水面靶标实现技术研究

发布时间：2021-04-01 09:36

　　提出一种在水面靶标实现的系留式多旋翼无人机技术方案,根据海上试验保障需求,给出系统组成、工作原理,讨论了无人机飞行控制、起降、光电复合光缆及收放单元、遥控软件等关键技术实现思路。相比较以陆地或舰船为起降平台的常规无人机方式,具有对起降场地要求低、空中停留时间长和可靠性高的优点,特别是在干扰条件下的反舰武器脱靶量监测、海上通信中继等方面有较大优势,有利于提高海上试验效率,具有较强的可操作性。 

【文章来源】：舰船电子工程. 2020,40(05)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

靶载系留四旋翼无人机组成框图

无人机控制采用半自主控制方式，其起飞、降落和改变飞行高度等关键指令由遥控地面站人员发出，其他飞行动作按照事先的程序设定自主飞行，不过如有必要，遥控地面站可随时无缝切换，取得无人机的飞行控制权。在飞行过程中，无人机通过比对自身与船体的两个位置航向姿态参考单元之间的偏差进行位置和航向修正，作为主要导航手段；参照船体上事先标注的图形标记，以视觉导航为辅助导航手段；依靠超声波测高模块进行高度控制。飞行控制器接收遥控操作人员发送的高度、位置与姿态指令，与船体位置、高度姿态参考系统比对，计算两者的差值并得出力与力矩向量，从而控制不同电机的转动方向与转速。飞行控制算法采用经典的PID控制方法[13]，进行闭环控制，结构相对简单，鲁棒性较强且参数易于整定，如图2所示。

光电复合缆（ROF)[15]是一种由光缆和供电电缆结合而成的复合电缆，具有系留载荷、供电、通信功能和高抗张强度，由承力缆线、直流电源线、通信光纤、接地金属网、外套管等部分组成[16]，可反复收放和弯曲，相对轻便，以达到系留无人机载重要求并保持通信、供电，保证无人机长时间悬停，同时具有防雷、泄雷功能，将雷击电流引导到船体上，光电复合缆的百米重量在2kg左右。复合缆收放单元[17]位于升降平台的正下方，除了保障无人机升降时复合缆的收放，还可将自身的放缆长度传送给无人机飞行控制器和地面遥控站，并接收无人机飞行控制器的高度位置信息和遥控地面站的遥控指令。复合缆收放单元的工作原理如图3所示，采用收放和储缆分离的思路，完成复合缆的收放、存储功能，主动轴电机提供较大的牵引力和制动力，储缆筒电机负责系缆的低张力存储和整齐排列，缆收放单元控制器对工作状态进行监控，执行来自无人机控制器和遥控地面站的指令，并将工作信息反馈。初始状态复合缆应整齐排放在储缆筒中，接到起飞指令后，无人机开始起飞，复合缆由储缆筒释放，放缆速度由无人机飞行控制器或遥控人员根据预定飞行状态、海区气象条件通过变频器进行控制，编码器完成出缆长度的检测。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]美军无人机通信中继发展现状与趋势[J]. 刘红军.  飞航导弹. 2017(02)
[4]系留多旋翼无人机通信系统在应急救灾通信中的应用[J]. 吴侹.  移动通信. 2016(15)
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[9]体目标水面雷达靶的设计与实现[J]. 王海涛,付军,刘华军.  舰船电子工程. 2011(02)
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硕士论文
[1]基于STM32的小型无人机飞行控制系统设计[D]. 杨磊.东北农业大学 2016
[2]某型无人机指挥控制系统的研究与设计[D]. 王维.电子科技大学 2013
[3]机载光电观瞄系统目标定位算法研究[D]. 解静.西安工业大学 2013
[4]基于视觉的无人直升机着落导航技术研究[D]. 陈丽娟.南京航空航天大学 2013



本文编号：3113113