小型无人机网络化飞行控制系统设计与实现

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:未来信息战的需求使得无人机系统(UAS)成为当今各国武器装备的发展重点。单架无人机(UAV)平台在未来信息化、网络化战场环境下所能发挥的作战效能将极为有限。多架无人机协同作战将成为未来重要的一种作战样式。本文通过对国内外无人机飞行控制系统的深入研究,分析了当前无人机飞行控制系统的研究现状及发展趋势。根据无人机网络化飞行控制系统课题需求,顺应无人机网络化、高集成化、多任务平台的发展趋势,设计并实现了一套网络化飞行控制系统。系统合理分配了飞行控制、系统管理和导航信息融合3个主要任务单元。根据导航信息融合单元的需求,分别完成了惯性测量单元模块、AD信号采集模块、GPS模块、空速计、SCI, CAN以及SPI通讯模块等设计,并对可扩展差分GPS、无线电高度表、超宽带雷达、机载/地基视觉导航等模块接口进行设计,进行了各种传感器模块应用测试;根据飞行控制与系统管理任务要求,完成了网络控制模块、舵机控制模块、系统状态监控模块、数据记录模块等设计,保证了系统实时性,提高了系统效率;设计了一种舵机控制回路的冗余设计方法,实现了总线舵机,提高了飞行安全性;最终得到了飞行控制系统硬件的整体设计,并完成了印刷电路板制作调试工作。其后,设计了能满足飞行控制实时性能要求的计算机软件,移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ到飞行控制系统的硬件平台,开发了系统硬件底层接口的基本驱动和初始化程序,进行了飞行控制系统导航信息融合模块数据采集与多通信接口实验。最后,搭建了基于X-Plane环境无人机编队飞行半实物仿真实验平台,该平台以网络化飞行控制系统为硬件基础,选用X-Plane模拟飞机环境,通过TCP/IP网络协议进行多机之间数据交换,实现了8架无人机编队飞行。经过实际飞行试验,实现了自主起降与长、僚机编队飞行。
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