一种小型无人机飞控导航系统
一种小型智能化无人机飞控导航系统随着高新技术在武器装备上的广泛应用，无人机的研制正在取得突破性的进展。
世界上最近发生的几次局部战争，凸现出无人机在军事上的实用性。然而，飞控导航系统作为无人机的大脑和神经，在无人机的任务过程中扮演着关键角色。如何设计高可靠和智能化的飞控导航系统，是无人机设计师的终极目标。
目前，国内在起飞重量不超过300kg级的无人机上，飞行控制系统多采用PC104计算机结构或基于单片机两种分立式方案，重量重，体积大，集成化能力差。无人机的飞行控制主要采取两种形式：第一种是采取预先编制的控制程序，来自动控制飞行；第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来指挥。本文要给出了一种基于DSP集成式结构的小型智能型无人机导航飞控设计方案，将两种控制方式进行了有机结合，并已应用于某小型无人机上。经过试验，证明了该方法的可行性，为今后小型化、低成本无人机自动驾驶仪的设计提供了一种新的思路。
1. 系统设计原则
无人机系统应首先具备完整的惯性系统和定位系统，其次应当具有完备的飞行任务管理功能。为了增强飞行控制功能，应当保证不同飞行指令下的多模式的飞行控制能力，以便在人机交互的同时对飞机的稳定进行控制，
进行系统设计时，应当遵循在保证性能的同时尽量减小系统重量和缩小体积，硬件电路设计力求简捷和直接。要求性能与成本兼顾，并保证系统的可靠性。
2. 系统结构介绍
整个无人机系统由GPS/GLONASS接收天线及接收机、机载传感器、无线电接收系统、DSP机载计算机以及执行机构五部分组成。系统功能结构模块如图1所示。
其中GPS/GLONASS接收模块选用微小型接收装置；机载姿态传感器选用贴片式芯片；为了保证自主导航飞行时航向的精度，除了选取航向传感器外，还应用了一个光纤陀螺；无线电接收系统指的是无线电定位及与地面站（GCS）通讯时数据链路的机载接收装置；机载计算机包括3个DSP处理器：GPS接收解码DSP，导航DSP 和飞控DSP；舵机选用Futaba专用舵机。整个飞控导航系统体积仅为180×120×70 mm，总重量不超过1.5kg（包含安装壳体），如图2所示。
飞控/导航系统分为飞控/导航组合、空速管、
驱动信号放大器、伺服舵机四部分。飞控/导航组
合以两个协调工作的微型DSP 计算机MP 和FP
为核心，MP 计算机用于导航和任务控制以及与
地面控制站的通讯；FP 飞行控制计算机用于飞机
的飞行控制和增稳控制；另有一DSP 处理器专门
负责GPS 信息的接收。舵机的控制由飞控DSP
采用PWM （脉宽调制）波来实现，因为PWM 波
控制方案适用于对各种脉宽信号控制的扭矩舵机
进行控制。三个DSP 计算机与系统传感器集成为
一体。 3. 飞行控制与管理
飞行控制与管理包括以下功能：
1） 姿态角的稳定控制。包括俯仰角稳定与控制、倾斜角稳定与控制、航向角稳
定与控制；
2）高度控制。飞行过程在巡航阶段需要进行高度稳定与控制；
3） 飞行轨迹控制。采用偏航角与偏航距进行航迹的跟踪控制；
4） 发动机状态控制（风门控制）；
5） 人工遥控。系统能够从完全自主程控状态下切换到飞行过程中所需的人工操
纵飞行；
6） 多点程序控制的全航向飞行自主控制；
7） 航迹自主控制和组合导航控制；
8） 应急控制：测控通讯信号中断后，在规定的时间内通讯仍不能恢复，自动飞
到预定高度盘旋待机；如一段时间后通讯仍不能恢复，则返回预定的空域盘 旋待机；
9） 起飞与回收控制；
10） 机载测控与信息传输系统能传递飞机状态、仪器设备工作状态、发动机工
作状态、机载电源状态等遥测数据信息。
无人机导航与飞控的关系如图3所示。
4. 软件设计方案
4.1 导航控制的设计
利用Tornado C 编程环境研制导航定位系统应用软件。运行于抢占式多任务环境，实时性强。
图2 飞控导航系统
图3无人机导航飞控关系框图
定位与导航软件主要完成以下功能：
1） 解码DSP 计算机与GPS 数据之间的通讯，包括定位数据的接收，GPS 控制
命令的发送、定位数据的处理；
2） 导航DSP 计算机进行航迹控制系统控制量的计算；
3） 在导航控制量计算的同时，需要利用机载传感器进行航程推算（DR ）；
4） 为了减少风场干扰，需要对风场进行估计（WE ），并利用估计的风场进行航
位修正；
5） 导航模式的调度，包括导航任务规划、多种导航模式相互间的切换；
6） 导航DSP 计算机与飞行控制DSP 计算机数据通讯。
图4 定位与导航系统软件框图
风场
舵机
自动航迹控制和组合导航功能设计是本无人机智能化的一个重要体现。无人机导航时采用三种组合导航的方式来互相弥补。一般来说，由于GPS定位精度较高所以作为优先选用的对象。然而，众所周知，GPS受制于美国政府不能作为战时的唯一导航资源，因此需采用航程推算、无线电定位和GPS组合的方式来实现无人机的导航。利用故障检测和程序控制实现三种组合导航方式的自动转换；在正常情况下采用GPS/航程推算组合导航方式，当GPS受干扰或出现故障时，根据具体情况转换到其它两种方式中的任何一种。最后在建立了无人机的运动学数学模型的基础上，对导航数据进行卡尔曼滤波，从而提高了无人机的导航精度。
4.2飞控系统的设计
飞行控制系统主要是实现高度、航向、发动机油门的控制以及无人机姿态的稳定，同时为了便于控制的灵活性，本系统还设置了一个手遥控制和程序自主控制的切换模块，用遥控或程控方式指挥无人机完成预期的作业任务。
飞控系统软件功能顶层设计框图和决策控制关系如图5，图6所示：
图5飞控系统软件顶层设计
飞行状态
决策
决策控制子系统
手动驾驶自动驾驶发动机控制起降控制镜头控制
爬升/俯冲水平/侧向
飞行直线/盘旋
飞行
定向/航迹
飞行
返航飞行
无人机地面站发展综述
无人机地面站发展综述 [摘要]主要介绍了无人机地面站的发展，包括无人机地面站典型的配置、功能及其关键技术。并展望了未来无人机地面站发展趋势。 1、概述 20年来，无人机己发展成集侦察、攻击于一体，而未来的无人机还将具有全自主完成远程打击甚至空空作战任务的攻击能力。同时，与无人机发展相匹配的地面控制站(GCS: Ground Contrul Station) 将具有包括任务规划，数字地图，卫星数据链，图像处理能力在内的集控制、瞄准、通信、处理于一体的综合能力。未来地面站的功能将更为强大:不仅能控制同一型号的无人机群，还能控制不同型号无人机的联合机群:地面站系统具有开放性和兼容性，即不必进行现有系统的重新设计和更换就可以在地面控制站中通过增加新的功能模块实现功能扩展;相同的硬件和软件模块可用于不同的地面站。 地面站作为整个无人机系统的作战指挥中心，其控制内容包括:飞行器的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。GCS除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。未来的地面站系统还应实现与远距离的更高一级的指挥中心联网通讯，及时有效地传输数据，接收指令，在网络化的现代作战环境中发挥独特作用。 2典型地面站的配置和功能概述 2.1地面站的典型配置 目前，一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成，主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。其相互间的关系如图1所示。
(1)系统控制站。在线监视系统的具体参数，包括飞行期间飞行器的健康状况、显示飞行数据和告警信息。 (2)飞行器操作控制站。它提供良好的人机界面来控制无人机飞行，其组成包括命令控制台、飞行参数显示、无人机轨道显示和一个可选的载荷视频显示。 (3)任务载荷控制站。用于控制无人机所携带的传感器，它由一个或几个视频监视仪和视频记录仪组成。 (4)数据分发系统。用于分析和解释从无人机获得的图像。 (5)数据链路地面终端。包括发送上行链路信号的天线和发射机，捕获下行链路信号的天线和接收机。 数据链应用于不同的UAV系统，实现以下主要功能: —用于给飞行器发送命令和有效载荷; —接收来自飞行器的状态信息及有效载荷数据。 (6)中央处理单元:包括一台或多台计算机，主要功能如下: —获得并处理从UAV来的实时数据: —显示处理; —确认任务规划并上传给UAV; 一一电子地图处理; —数据分发: —飞行前分析; —系统诊断。 2.2地面站的典型功能 GCS也称为“任务规划与控制站”。任务规划主要是指在飞行过程中无人机的飞行航迹受到任务规划的影响;控制是指在飞行过程中对整个无人机系统的各个系统进行控制，按照操作者的要求执行相应的动作。地面站系统应具有以下几个典型的功能: (1)飞行器的姿态控制。在各机载传感器获得相应的飞行器飞行状态信息后，通过数据链路将这些数据以预定义的格式传输到地面站。在地面站由GCS计算机处理这些信息，根据控制律解算出控制要求，形成控制指令和控制参数，再通过数据链路将控制指令和控制参数传输到无人机上的飞控计算机，通过后者实现对飞行器的操控。 (2)有效载荷数据的显示和有效载荷的控制。有效载荷是无人机任务的执行单元。地面控制站根据任务要求实现对有效载荷的控制，并通过对有效载荷状态的显示来实现对任务执行情况的监管。 (3)任务规划、飞行器位置监控、及航线的地图显示。任务规划主要包括处理战术信息、研究任务区域地图、标定飞行路线及向操作员提供规划数据等。飞行器位置监控及航线的地图显示部分主要便于操作人员实时地监控飞行器和航迹的状态。 (4)导航和目标定位。无人机在执行任务过程中通过无线数据链路与地面控制站之间保持着联系。在遇到特殊情况时，需要地面控制站对其实现导航控制，使飞机按照安全的路线飞行。随着空间技术的发展，传统的惯性导航结合先进的GPS导航技术成为了无人机系统导航的主流导航技术。目标定位是指飞行器发送给地面的方位角，高度及距离数据需要附加时间标注，以便这些量可与正确的飞行器瞬时位置数据相结合来实现目标位置的最精确计算。为了精确确定目标的位置，必须通过导航技术掌握飞行器的
无人机地面站发展综述
无人机地面站发展综述周焱２０１０年３月第４ｌ卷第１期（总第１３８期） 用于指挥、控制和分发无人机收集的信息。随着计 算机和网络技术的发展，现行的通信链路主要借助 局域网来进行数据的共享，这样与其他组织的通讯 不单纯的是在任务结束以后，更重要的是在任务执 行期间，通过相关专业的人员对共享数据进行多层 次的分析，及时地提出反馈意见，再由现场指挥人 员根据这些意见，对预先规划的任务立即做出修改，从而能充分利用很多资源，从战场全局对完成 任务提供有力的支持和合理的建议，使得地面站当 前的工作更加有效。 ２．３国外典型地面站的配置与功能 美国“捕食者”无人机地面站的部分配置如图 ２所示。 图２捕食者地面站 图２中示出的是无人机操作员和任务载荷操作 员进行操控的方舱内的一部分。 ２．３．１“捕食者”无人机地面站组成及装备（１）“捕食者”无人机主要由飞行控制站、任务 载荷控制站和合成孔径雷达控制站组成，分别由无 人机操作员（ＡＶＯ）、任务载荷操作员（Ｐｏ）和 合成孔径雷达操作员（ＳＡＲＯ）三人进行操控。 ＡＶＯ：负责对无人机进行操控，包括起飞、着陆、飞行中姿态控制等。 ＳＡＲＯ：负责控制和监视无人机的雷达，并对 其图像作有限处理。操作员的操控包括对Ｔｖ相机、 红外相机、内置雷达等，雷达可同ＴＶ相机或红外 相机同时操作。 （２）“捕食者”无人机的配置。地面控制站 安装在长１０ｍ的独立拖车内，内有遥控操作的飞 行员、监视侦察操作手的座席和控制台，三个波音 公司的任务计划开发控制台、两个合成孔径雷达控 制台，以及卫星通信、视距通信数据终端。 ．３． 地面站可将图像信息通过地面线路或“特洛伊精神”数据分派系统发送给操作人员。“特洛伊精神”采用一个５．５ｍＫｕ波段地面数据终端碟形天线和一个２．４Ｉｎ数据分派碟形天线。 “捕食者”无人机可以在粗略准备的地面上起飞升空，起飞过程由遥控飞行员进行视距内控制。典型的起降距离为６６７ｍ左右。任务控制信息以及侦察图像信息由Ｋｕ波段卫星数据链传送。图像信号传到地面站后，可以转送给全球各地指挥部门，也可直接通过一个商业标准的全球广播系统发送给指挥用户，指挥人员从而可以实时控制“捕食者”进行摄影和视频图像侦察。 ２．３．２“捕食者＂无人机地面站功能 “捕食者”无人机的地面站功能包括飞行监控、导航、任务载荷、任务规划、一个Ｃ波段可视数据链或者一个超视距用的Ｋｕ波段的卫星数据链等。其中任务规划功能如下： （１）点击用户接口； （２）实时地图漫游； （３）应急航路规划； （４）支持多无人机规划； （５）显示经纬度或ＵＴＭ中的坐标； （６）基于航路点的无人机性能自动校验； （７）对地形间隔快速检验； （８）视线和卫星可见性检测； （９）一个Ｃ波段可视数据链或者一个超视距用的Ｋｕ波段的卫星数据链。 ３关键技术及典型解决方案 ３．１友好的人机界面 为更好地控制无人机，地面控制站采用了各种形式的ＧＣＳ，以便对无人机的飞行状态和任务设备进行监控。ＧＣＳ为操作员提供一个“友好”的人机界面，帮助操作员完成监视无人机、任务载荷及通信设备的工作，方便操作员规划任务航路、控制无人机、任务载荷及通信设备。 人机界面的设计原则： （１）一致性。提示、菜单和帮助应使用相同 的术语，其颜色、布局、大小写、字体等应当自始至
无人机的图像处理综述
无人机图像处理综述 摘要：目标识别与跟踪技术是无人作战机实施攻击的关键步骤，本文从无人作战机的自动目标识别与跟踪的基本概念入手，以成像传感器的目标识别与跟踪为例，介绍目标识别、检测、跟踪等关键技术。 关键词：无人战斗机目标识别图像处理识别技术 一、引言 无人战斗机在最近几年成为无人机的发展热点。它的设计概念介于有人战斗机与导弹之间。无人战斗机不是孤立存在的，它是整个无人战斗机系统的一部分。无人战斗机系统有其独特的组成方式和管理模式。目前，无人战斗机的开发刚刚处于起步阶段。为了发展无人战斗机，有许多关键技术值得注意，特别是目标识别技术。它主要包括视觉图像预处理，目标提取、目标跟踪、数据融合等问题。其中，运动目标检测可采用背景差法、帧差法、光流法等，固定标志物检测可用到角点提取、边提取、不变矩、Hough 变换、贪婪算法等，目标跟踪可以分析特征进行状态估计，并与其他传感器融合，用到的方法有卡尔曼滤波、粒子滤波器和人工神经网络等。还有很多方法诸如全景图像几何形变的分析或者地平线的检测等没有进行特征提取，而是直接将图像的某一变量加到控制中去。 实际应用中，上述问题的进一步解决受到很多因素的制约。由于无人机的动力、载重、装配空间等物理条件的限制以及飞行速度更快，使得算法处理需要更少的延时。而且，无人机稀疏的室外飞行环境使得适用于地面机器人的算法不适用于无人机。同时，模型的不确定性，噪声和干扰，都限制了实物实验的成功。所以，如何将地面机器人的视觉导航成果应用到无人机视觉导航中去，如何提高无人机的算法速度并不过分损失导航精度，如何面对无人机自身模型的不确定度以及外界噪声的干扰，如何适应无人机所处的标志物稀疏的飞行环境，这些问题都需要更进一步的探讨。 二、无人机图像处理技术现状 1979年，Daliy等人首先把雷达图像和Landsat.MSS图像的复合图像用于地质解释，其处理过程可以看作是最简单的图像融合。1981年，Laner和Todd 进行了Landsat. RBV和MSS图像融合试验。 到20世纪80年代中后期，图像融合技术开始引起人们的重视，陆续有人将图像融合技术应用于遥感多谱图像的分析和处理。 到20世纪80年代末，人们才开始将图像融合应用于一般图像融合(可见光、红外等)。多波段SAR雷达相继开发使得对多波段的SAR图像数据融合技术的研究成为可能，特别是美国宇航局1993年9月成功发射了全世界第一部多波段(L,C, X波段)、多极化、多投射角空间SAR之后，为多波段的SAR图像融合提供了坚实的物质基础。 20世纪90年代后，图像融合技术的研究呈不断上升趋势，应用的领域也遍
无人机导航定位技术简介与分析
无人机导航定位技术简介与分析 无人机导航定位工作主要由组合定位定向导航系统完成，组合导航系统实时闭环输出位置和姿态信息，为飞机提供精确的方向基准和位置坐标，同时实时根据姿态信息对飞机飞行状态进行预测。组合导航系统由激光陀螺捷联惯性导航、卫星定位系统接收机、组合导航计算机、里程计、高度表和基站雷达系统等组成。结合了SAR 图像导航的定位精度、自主性和星敏感器的星光导航系统的姿态测定精度，从而保证了无人飞机的自主飞行。 无人机导航是按照要求的精度，沿着预定的航线在指定的时间内正确地引导无人机至目的地。要使无人机成功完成预定的航行任务，除了起始点和目标的位置之外，还必须知道无人机的实时位置、航行速度、航向等导航参数。目前在无人机上采用的导航技术主要包括惯性导航、卫星导航、多普勒导航、地形辅助导航以及地磁导航等。这些导航技术都有各自的优缺点，因此，在无人机导航中，要根据无人机担负的不同任务来选择合适的导航定位技术至关重要。 一、单一导航技术 1 惯性导航 惯性导航是以牛顿力学定律为基础，依靠安装在载体(飞机、舰船、火箭等)内部的加速度计测量载体在三个轴向运动加速度，经积分运算得出载体的瞬时速度和位置，以及测量载体姿态的一种导航方式。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪。三自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;三个加速度计用来测量飞行器的三个平移运动的加速度。 计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。惯性导航完全依靠机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制，是一种自主式的导航系统，具有完全自主、抗干扰、隐蔽性好、全天候工作、输出导航信息多、数据更新率高等优点。实际的惯性导航可以完成空间的三维导航或地面上的二维导航。 2 定位卫星导航 定位卫星导航是通过不断对目标物体进行定位从而实现导航功能的。目前，全球范围内有影响的卫星定位系统有美国的GPS，欧洲的伽利略，俄罗斯的格拉纳斯。这里主要介绍现阶段应用较为广泛的GPS全球定位系统导航。
双gpsins组合导航系统在无人机飞控系统的应用终审稿)
双G P S I N S组合导航系统在无人机飞控系统的 应用 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
双GPS+INS组合导航系统在无人机飞控系统的应用 1背景 无人驾驶飞机是一种有动力、可控制、能携带设备、执行多种任务、并能重复使用的无人驾驶航空器，简称无人机(Unmanned AenM Vehicle缩写UAV)。自1913年世界上出现第一个自动驾驶仪以来，无人机受到越来越多国家的重视，发展迅猛。目前从事研究和生产无人机的有中国、美国、俄罗斯、以色列、法国、英国和南非等近3O个国家，无人机基本型数量已增加到多种。鉴于其独有的低成本、低损耗、零伤亡、可重复使用和高机动等诸多优势，其使用范围已拓宽到军事、民用和科学研究三大领域。在军事上可用于照相侦察、信号情报搜集、布撒雷达干扰箔条、防空火力诱饵、防空阵地位置标识、直升机航路侦察，为武器系统提供目标定位、目标指示、目标动态监视和目标毁伤评估的实时情报等；在民用上，可用于农作物种植和施播、救护定位、桥梁大坝检测、输油管、天然气管道、悬挂电缆、铁路、高压线的监视，公路交通及危险品的运输监视等；在科学研究上，可用于大气研究、对核生化污染区的取样与监控、新技术新设备与新飞行器的试验验证等。随着航空技术的发展以及对无人机越来越广泛的需求，无人机飞控系统向着高精度、小型化、数字化方向发展。高精度要求无人机的导航控制精度高、稳定性好、并且实时性要求高，能够适应复杂的外界环境，因此控制和信号处理算法比较复杂、计算速度快、精度高。小型化则对驾驶仪系统的重量和体积提出了更高的要求，要求处理和控制计算机的性能越高越好，体积越小越好。这些条件在设计系统时都要综合考虑以达到最优化的性能设计。
无人机武器系统及其发展应用综述+
无人机武器系统及其发展应用综述 摘要：主要介绍了无人机系统组成、发展历程、战场应用及其发展趋势，对 引言 21世纪，对战场信息的掌控程度主导着战争的成败，集侦察、情报传输和火力打击于一身的无人机已成为信息化战场的“新宠”。 1 无人机简介 1.1 无人机定义 无人机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用、利用无线电遥控设备或自备程序控制系统进行操纵的航空器。航空器的简称:英文常用Unmanned Aerial Vehicle表示，缩写为UA V。无人机与有人机、航模、导弹的区别见表1—3。 1.2 无人机系统组成及其功用 无人机武器系统是指无人机本身和完成战斗任务所用的必要设备、设施的全体，概括地讲，由飞行平台与任务设备两大部分组成。
机体通常由机翼、机身、尾翼等组成，为支持无人机在空中稳定飞行提供良好的 气动外形，为为其机载设备提供足够的装载空间。 起降装置用来保证无人机正常起飞和着陆。 动力装置包括发动机和保证其正常工作的附件和系统，它是无人机的动力源，使无人机获得速度和升力。 控制与导航系统是保障和规划无人机稳定地沿预定航线飞行，到达目标区域。其主要包括机载测量设备、飞行控制与管理设备、定位和导航设备、飞行指挥与航迹控制设备等。 数据链用来完成对无人机的遥控、遥测、跟踪定位及数据信息传输，构成天地回路，还能实现与上级及友邻部队的通信。分为机载和地面两部分，主要包括射频收发设备、调制解调设备、天线等。 任务设备是用来完成指定任务的装备，不同用途的无人机安装不同的任务设备。 此外，无人机武器系统一般还包括后勤保障系统，如运输设备、装卸设备、测试设备、地面电源、维修设备等。 1.3 无人机分类 历经70多年的发展，至今出现了各种各样的无人机。目前，从不同的角度出发对无人机的分类方法也多种多样。现介绍几种常用的分类方法，见图2。 图2 无人机分类 1.4 无人机的特点 与有人机相比，无人机有以下主要特点[无人机技术] ：1）成本低廉；2）重量轻尺寸小；3）机动性好；4）隐形性好，生存力强；5）适应性强；6）可在危险条件下执行任务。 图1 无人机武器系统组成框图
无人机概述与系统组成
无人机概述及系统组成 无人机（ UAV）的定义 无人机驾驶航空器（UA： Unmanned Aircraft ），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）、不搭 载操作人员的一种动力空中飞行器，采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够自动飞行或远程引导；既能一次性使用也能进行回收；能够携带致命性和非致命性有效负载。 以下简称无人机。 无人机系统的定义及组成 无人机系统（ UAS：Unmanned Aircraft System），也称无人驾驶航空器系统（RPAS：Remotely Piloted Aircraft System），是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的 型号设计规定的任何其他部件组成的系统，无人机系统包括地面系统、飞机系统、任 务载荷和无人机使用保障人员。 无人机系统驾驶员的定义 无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵飞行控制的人。 无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。 无人机和航模的区别 一、定义不同 无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。航 空模型是一种重于空气的，有尺寸限制的，带有或不带有动力装置的，不能载人的航 空器，就叫航空模型。 二、飞行方式不同 唯一的区别在于是否有导航飞控系统，能否实现自主飞行。通俗来说，无人机可以实现自主飞行，而航模不可以，必须由人来通过遥控器控制。也就是无人机的本身是带了“大脑”飞行，可能“大脑”受限于人 工智能，没有人脑灵光。但是航模的“大脑”始终是在地面，在操纵人员的手上。 三、用途不同 无人机更偏向于军事用途或民用特种用途，而航空模型更接近于玩具。昆明劲鹰无人机专业从事航测无人机设备的设计、生产、销售、及航测航拍服务，费用低、技术强、工期短、精度高，是中国技术顶尖
无人机的飞行控制与导航
无人机的飞行控制与导航 形形色色的无人机已经成为未来信息化、网络化战争基础性的作战装备,各国对于无人机系统的发展也不遗余力。然而很多人对于无人机系统及其技术全貌却并不一定有着清晰的了解。航空专家傅前哨将通过一系列文章,向你阐述无人机的相关技术及最新发展。 Q 无人驾驶飞行器系统都有些什么样的装备和设施? A 无人驾驶飞行器的使用需要一套专门的装置和设备。整个系统包括若干架无人驾驶飞机(或其它航空器)、地面控制系统(如遥控站)、地面支援保障设备以及起飞、回收装置等。例如,“猎人”军用无人机系统,共含8架可携带侦察设备的无人机、两个地面控制站、1个任务规划站、4个分离式接收站、1个发射回收装置等。无人驾驶的飞机、直升机、飞艇等主要由机体、动力装置、机载导航定位系统、飞行控制系统、起飞和回收装置以及有效载荷(如侦察设备、电子对抗设备、信息传输设备、机载武器等)组成。无人驾驶飞行器上没有乘员,因此领航员、驾驶员的任务需要由导航定位系统、飞行控制系统、自动驾驶仪等设备来完成。 Q 无人驾驶飞行器的控制方法有几种,各有什么优缺点? A 无人机的飞行控制方式较多,目前采用的主要有线控、有线电遥控、无线电遥控,程控等几种。 所谓线控,就是用手持的钢丝线对动力无人机进行操纵,此法多用于竞技航模。 有线电遥控是一种相对简单,且成本较低的操纵方式。地面站人员通过电缆或光缆将各种控制信号传输给无人机,操纵其飞行和工作,而无人机则通过电缆将侦测到的信息送回地面站。其缺点是受电缆长度,重量的限制,飞行器的航程和升限都不大,活动区域和观察范围较小。 一些小型的,微型的无人侦察机也采用目视遥控的方式进行操纵。这类无人机上大都安装有一部与手持式遥控器配套的小型多通道无线电接收机。机载接收机收到由地面遥控发射机发来的操纵指令后,将控制信号分配给各舵机,由其完成翼面,油门的控制,开启,关闭某些设备,完成对无人机的操纵。 超视距遥控的工作原理是,地面遥控站的人员通过目视、光学设备、雷达系统等,实时获取无人机的姿态,方位,距离,速度、高度等信息,并对其进行跟踪,定位和控制。当发现无人机偏离预定航线,空中姿态出现偏差或需要人为地改变其飞行状况时,地面站发出无线电遥控指令,操纵无人机恢复或调整其飞行轨迹,这种方式可称之为单向无线电遥控。某些无人机上装有机载数据采集与传输系统或专用的前视摄像装置,可通过数传电台或数据链向地面无线电测控站发送无人机自身的飞行数据等,并在地面站计算机上模拟显示出相关的仪表显示、飞机姿态、飞行航迹等。如果通过电视图像传输系统向地面遥控站发送现场的前视图像和座舱图像,地面站的人员还可根据无人机传回的图像和数据,监视、判断它的飞行情况,并通过遥控装置操纵其飞行,这种遥控方式被称为双向无线电遥控。现代无人机有许多机型都采用后一种遥控方式。而美国在20世纪70年代研制的F-15缩比自由飞模型和HiMAT无人驾驶研究机则采用了前一种遥控方式。 采用无线电遥控方式时,无人机的活动半径和飞行自由度主要受机载和地面遥控设备的发射功率、无线电波的传输距离以及飞行器本身性能的限制。受地球曲率、遥控设备发射功率等因素的影响,地面站的作用距离一般较短,往往只能用
一种无人机综合测试系统
一种无人机综合测试系统 【摘要】本文根据无人机综合保障设备对自动化测试和地面仿真测试的综合需求，在对无人机航电设备包括导航控制、电气和机电设备测试项目和测试流程进行分析的基础上，提出了完整的综合测试系统总体框架和设计思路。 【关键词】无人机;综合测试系统;PXI总线 1.引言 无人机机载设备综合测试系统是采用现代计算机软件、硬件技术，现代测试和控制技术、测量仪器与仪器总线以及信息综合处理等技术，通过系统硬件和软件的集成构成一个集采集、分析、记录于一体的自动化综合测试系统。该系统采用模块化硬件设计和虚拟仪器软件开发，具有操作操作简便、使用灵活并且易于扩展等特点。 2.系统总体框架 无人机机载设备一般由飞控系统、导航系统、遥控遥测系统、电气系统、发动机电控系统、发射回收装置、有效载荷系统、武器火控系统等组成，综合测试系统主要完成对各个子系统进行单元测试和对无人机系统的综合检测。无人机自动综合测试系统包括以下几个部分组成： （1）测试计算机——主要是工控计算机，是测试系统监测、控制中心。 （2）采集板卡——包括各种程控仪器仪表、激励源、程控开关、程控伺服系统、数据采集板卡等设备，能完成一定具体的测试控制任务。 （3）总线与接口——是连接控制器与各程控仪器、设备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换，包括机械接口插件、插槽、电缆等。 （4）测试与控制软件——为了完成系统测试任务而编制的各种应用软件。例如，测试主程序、驱动程序、I/O软件等。 3.系统硬件设计 3.1 硬件构架 综合测试系统由硬件设备层、设备驱动层、测试任务应用层、人机交互界面四部分组成。系统架构如图1所示： 图1 系统硬件架构框图
无人机概述及系统组成
无人机概述及系统组成 无人机（UAV）的定义 无人机驾驶航空器（UA：Unmanned Aircraft），是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）、不搭载操作人员的一种动力空中飞行器，采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够自动飞行或远程引导；既能一次性使用也能进行回收；能够携带致命性和非致命性有效负载。 以下简称无人机。 无人机系统的定义及组成 无人机系统（UAS：Unmanned Aircraft System），也称无人驾驶航空器系统（RPAS：Remotely Piloted Aircraft System），是指一架无人机、相关的遥控站、所需的指令与控制数据链路以及批准的型号设计规定的任何其他部件组成的系统，无人机系统包括地面系统、飞机系统、任务载荷和无人机使用保障人员。 无人机系统驾驶员的定义 无人机系统驾驶员，由运营人指派对无人机的运行负有必不可少职责并在飞行期间适时操纵飞行控制的人。 无人机系统的机长，是指在系统运行时间内负责整个无人机系统运行和安全的驾驶员。 无人机和航模的区别 一、定义不同 无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。航空模型是一种重于空气的，有尺寸限制的，带有或不带有动力装置的，不能载人的航空器，就叫航空模型。 二、飞行方式不同 唯一的区别在于是否有导航飞控系统，能否实现自主飞行。通俗来说，无人机可以实现自主飞行，而航模不可以，必须由人来通过遥控器控制。也就是无人机的本身是带了“大脑”飞行，可能“大脑”受限于人工智能，没有人脑灵光。但是航模的“大脑”始终是在地面，在操纵人员的手上。 三、用途不同 无人机更偏向于军事用途或民用特种用途，而航空模型更接近于玩具。昆明劲鹰无人机专业从事航测无人机设备的设计、生产、销售、及航测航拍服务，费用低、技术强、工期短、精度高，是中国技术顶尖的航测航拍无人机设计制造及航飞服务商。
一种小型无人机飞控导航系统
一种小型智能化无人机飞控导航系统随着高新技术在武器装备上的广泛应用，无人机的研制正在取得突破性的进展。 世界上最近发生的几次局部战争，凸现出无人机在军事上的实用性。然而，飞控导航系统作为无人机的大脑和神经，在无人机的任务过程中扮演着关键角色。如何设计高可靠和智能化的飞控导航系统，是无人机设计师的终极目标。 目前，国内在起飞重量不超过300kg级的无人机上，飞行控制系统多采用PC104计算机结构或基于单片机两种分立式方案，重量重，体积大，集成化能力差。无人机的飞行控制主要采取两种形式：第一种是采取预先编制的控制程序，来自动控制飞行；第二种是由设置在地面、空中或舰船上的遥控指挥站来指挥。本文要给出了一种基于DSP集成式结构的小型智能型无人机导航飞控设计方案，将两种控制方式进行了有机结合，并已应用于某小型无人机上。经过试验，证明了该方法的可行性，为今后小型化、低成本无人机自动驾驶仪的设计提供了一种新的思路。 1. 系统设计原则 无人机系统应首先具备完整的惯性系统和定位系统，其次应当具有完备的飞行任务管理功能。为了增强飞行控制功能，应当保证不同飞行指令下的多模式的飞行控制能力，以便在人机交互的同时对飞机的稳定进行控制， 进行系统设计时，应当遵循在保证性能的同时尽量减小系统重量和缩小体积，硬件电路设计力求简捷和直接。要求性能与成本兼顾，并保证系统的可靠性。 2. 系统结构介绍 整个无人机系统由GPS/GLONASS接收天线及接收机、机载传感器、无线电接收系统、DSP机载计算机以及执行机构五部分组成。系统功能结构模块如图1所示。 其中GPS/GLONASS接收模块选用微小型接收装置；机载姿态传感器选用贴片式芯片；为了保证自主导航飞行时航向的精度，除了选取航向传感器外，还应用了一个光纤陀螺；无线电接收系统指的是无线电定位及与地面站（GCS）通讯时数据链路的机载接收装置；机载计算机包括3个DSP处理器：GPS接收解码DSP，导航DSP 和飞控DSP；舵机选用Futaba专用舵机。整个飞控导航系统体积仅为180×120×70 mm，总重量不超过1.5kg（包含安装壳体），如图2所示。
无人机导航系统综述
无人机导航系统综述 摘要：本文首先简要介绍几种适用于无人机的导航系统及其实现原理，然后根据各种导航系统的优缺点，阐述近年来已成功应用或正在广泛研究的组合导航方法，最后对无人机导航技术的发展趋势进行分析与预测。 关键词：无人机；导航系统；组合导航；综述 Abstract: Firstly this paper briefly describes some of the navigation systems applicable for UA Vs and their principles of realization. Then some approaches of integrated navigation that has been applied or under research these years are listed based on the advantages and disadvantages of different navigation systems. In the end we analyze and anticipate the development trend of the navigation technology for UA Vs. Key words: UA V, navigation system, integrated navigation, survey 中图分类号: V279+.2 文献标识码: A文章编号: 引言 无人机导航是指无人机在飞行过程中确定其位置和方向的方法或过程，涉及数学、力学、光学、电子学、自动控制及计算机等多个学科[1]。 导航系统的性能直接关系到航行任务的完成[2]，因为无人机只能依靠飞行控制系统来实现自动飞行，而飞行控制系统的反馈输入来自于导航信号，即机载计算机对于当前位置和（或）速度的估计，如图1所示。 图1 无人机航迹跟踪工作方式示意图 虽然时至今日已有多种类型的无人机导航技术被研发和使用，但是在应用中需要根据实际需要选择最适合的导航技术。有时单一的导航技术不能满足性能指标的要求，此时需要借助于组合导航技术，将两种或两种以上的导航技术结合起来实现优势互补以提高导航系统的综合性能。 本文将首先简要介绍可应用于无人机的几种导航技术：惯性导航、卫星导航、多普勒导航、天文导航、地磁导航；然后列举出已被应用或理论上可行的组合导航方法；最后根据近年来对导航技术的研究成果分析和预测未来无人机导航技术的发展趋势。 2无人机导航技术的实现原理
无人机信息安全研究综述
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/dd3038169.html, 无人机信息安全研究综述 作者：张继永 来源：《数字技术与应用》2020年第02期 摘要：随着技术的进步和成本的降低，无人机从军用领域到工业领域以及民用领域都得到广泛应用并发挥重要作用，在巡航、监测、拍摄、探测、管制、运输、应急救援等领域给生产生活带来便利。本文对无人机的优势以及信息安全威胁类型，提出进行无人机信息安全技术升级，做好无人机通信软件、传感器网络等安全威胁防控工作是当前的重要课题。 关键词：无人机;信息安全;安全威胁 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）02-0185-01 随着技术的进步，无人机在技术上越来越成熟，无人机具有体积小容易操纵、灵活性高、安全稳定性强等特征，在影视拍摄、农业监测事故、救援、社会安全、防控等方面发挥重要作用。 1 无人机概述 （1）我国无人机制造在消极消费级以及军事应用级工业应用等方面拥有较大的市场占有力。目前在各类无人机销售上拥有高速增长的态势，但是随着无人机在生产生活中的应用日益广泛，利用无人机无线通信安全漏洞，使得无人机的安全问题逐渐凸显。例如无线劫持技术能够获取无人机的控制权，造成无人机安全领域严重事故，随着键盘记录病毒感染，无人机地面站也容易受到安全威胁。受到网络攻击的无人机能够将信息安全防护网络加以攻破，无法保证无人机的完整性、可用性和保密性[1]。 （2）当前对无人机安全威胁攻击主要包括传感器攻击、网络攻击、无线电攻击等。在这样的攻击下，无人机要保证大量资源不被攻击，防止网络瘫痪，就要采取必要的系统技术来降低无人机的功耗，增强无人机的通信安全性。从无人机技术提升角度应在通信、软件、网络、传感器等方面加强安全防护措施的探讨和应用。 （3）无人机的工作原理是利用无线电遥控设备操纵载人飞机，从技术角度上讲，无人机当前包括无人直升机、多旋翼无人机、无人固定翼机等无人机的系统组成，包括动力系统、主控制器、通信链路模块、任务执行单元等多个部分[2]。动力系统负责为无人机飞行和稳定提 供动力。一般包含电动机和内燃机等种类。主控制器负责无人机的稳定和导航接收控制、命令转换成动力系统命令，通信链路模块，包括无线数传模块、遥控信号模块和WiFi通信模块。无人机自身的运行数据，将数据传输到地面站，由地面站的显示器和智能终端进行显示，包括系统检测、数据处理、无线电控制等功能都囊括在地面控制部分。地面站主要包含遥控器、智
工业级无人机应用综述(精)
工业级无人机应用综述 目录 【摘 要】 ................................................................... ............................................................... - 1 - 一、无人机的概念及分 类 ..................................................................... ............................. - 1 - 二、无人机发展环境分 析 ..................................................................... ............................. - 1 - 三、工业级无人机发展现状...................................................................... ........................ - 2 - 四、无人机行业产业链简介...................................................................... ........................ - 5 - 五、无人机主流生产商...................................................................... ................................. - 5 - 六、工业级无人机的应用:无人机 + ...................................................................... ....... - 7 -
基于实时操作系统的无人机飞行控制系统设计综述
电子电路设计与方案 0 引言 无人机是一种由动力驱动，无人驾驶且重复使用的航空器简称。其体积小、成本低，可装配制导系统、机载雷达系统、传感器及摄像机等设备，用途广泛并且不易造成人员伤亡［1］。无人机飞行控制系统是一个多任务系统, 要求不仅能够采集传感器数据、进行飞控/导航计算、驱动执行机构等, 还要求可靠性高、实时性强［2］。由于传统无人机所运用的数据复杂且繁多，使其在操作上灵活度不高，不具有实时性。实时操作系统会简化复杂的数据，将数据集合化，条理化。如将实时操作系统应用于无人机中，能够完善功能检查，功能维护，做到实时性，高灵活性，并延长无人机的使用寿命。近年来学术界在性能、应用等方面对搭载了实时操作系统的无人机进行了深入研究，极大地推动了无人机的发展。文献［4］从机构设计和飞行控制两方面介绍了微小型四旋翼飞行器的发展现状，叙述了小型四旋翼飞行器的发展技术路线。在飞控系统的原理和功能层面，文献［3］主要利用UML例图来系统地描述了飞控系统的构造，并从整体、静态、动态角度刻画飞控系统的性能指标；文献［5］阐述了飞控系统的基本原理并引入实时内核，对调度管理和通信机制给出了详细设计和分析。本文将回顾并总结在无人机领域的发展问题，并对无人机的飞控系统设计进行综述。 1 无人机整体概述 ■1.1 发展背景及发展历程 无人驾驶飞机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空器，简称无人机，英文上常用unmanned aerial vehicle表示，缩写为UAN。早在1907年，Bruet—Richet就让世界上第一架四旋翼飞行器“Gyroplane No．1”升上了天空［6］。但由于构造复杂、不易操纵等原因，大型四旋翼飞行器的发展一直都比较缓慢。20世纪60、70年代，随着美苏之间冷战形式的加剧，无人机得到了广泛应用。美国将无人机用语军事侦察，情报获取，无线电干扰等军用属性。近年来，随着新型材料以及飞行控制等技术的进步，无人机逐渐向微小型、实时性、可操作性强的方向过渡。微小型四旋翼飞行器的迅速发展，逐渐成为人们关注的焦点。 ■1.2 无人机应用领域 无人机在军用领域及民用领域都得到广泛应用。在军用领域，可用作战术无人侦察机执行侦察搜索［7］、无人战斗机、训练飞行员的靶机等。在民用领域，利用它易操作、实时性好等特点，广泛运用于农业、种植业、林牧业、旅游业、拯救濒危物种等各个领域。 2 无人机硬件结构 ■2.1 无人机结构 无人机的动力组成主要为无刷电机、螺旋桨、电子调速器等，控制系统主要由飞行控制器、遥控器等组成，动力储 备由电池、充电器等组成。其结构组成示意图如图1所示。 图1 ■2.2 飞行控制系统 无人机飞行控制系统是指能够稳定无人机飞行姿态，并能控制无人机自主或半自主飞行的控制系统。 无人机飞控主要由陀螺仪，加速计，地磁感应，气压传感器，超声波传感器，光流传感器，GPS模块，以及控制电路组成［9］。无人机飞控内含测量飞行控制所需的测量元件及利用输出信号驱动旋翼转动的执行机构等。 无人机飞控可将遥控器的输入命令对应电机动力的输出大小，并将飞控感知量与期望姿态产生误差进行对比，通过PID进行调节。利用地面站查看实时飞行数据，实现控制参数的在线修改。根据飞行的指令和要求，结合空置率给 基于实时操作系统的无人机飞行控制系统设计综述 崔圣钊 （山东省青州第一中学，山东青州，262500） 摘要：小型四旋翼无人机广泛应用在专业级航拍、农业植保、军事侦察、设备巡检等领域。目前飞行控制系统多采用前后台系统来实现，当系统规模较大，处理模块增多时，实时性很难得到保障。本文首先对无人机领域发展情况进行概述，其次详细阐述了无人机的外部结构、部件功能等硬件组成，最后对无人机通过实时操作系统设计后的飞控系统控进行分析。通过分析可知，经过实时操作系统设计的飞行控制系统能够满足飞行要求，并具有一定的实时性、可靠性。 关键词：无人机；飞行控制系统；实时操作系统；四旋翼飞行器 www?ele169?com | 23