某型无人机导航_飞控系统设计与仿真
《2024年基于STM32单片机的无人机飞行控制系统设计》范文
《基于STM32单片机的无人机飞行控制系统设计》篇一一、引言随着科技的发展，无人机在各个领域中的应用越来越广泛。
为了提高无人机的性能、安全性和可靠性，设计一套有效的飞行控制系统至关重要。
本文旨在介绍基于STM32单片机的无人机飞行控制系统的设计原理与实现过程。
二、系统设计概述本无人机飞行控制系统采用STM32系列单片机作为核心控制器，通过对无人机飞行状态的实时检测和控制，实现对无人机的精确控制。
系统包括传感器模块、电机驱动模块、通信模块等部分。
传感器模块用于获取无人机的飞行状态信息，电机驱动模块根据控制器的指令驱动无人机飞行，通信模块实现与地面站的双向通信。
三、硬件设计1. STM32单片机STM32系列单片机具有高性能、低功耗等优点，是本系统的核心控制器。
通过编程实现对无人机的控制，包括姿态控制、导航控制等。
2. 传感器模块传感器模块包括陀螺仪、加速度计、磁力计等，用于获取无人机的飞行状态信息。
这些传感器将数据传输给STM32单片机，为飞行控制提供依据。
3. 电机驱动模块电机驱动模块采用舵机控制方式，通过PWM信号控制电机的转速和方向，实现无人机的精确控制。
该模块采用H桥电路实现电机正反转，配合单片机输出的PWM信号，实现对电机的精确控制。
4. 通信模块通信模块采用无线通信方式，实现与地面站的双向通信。
通过无线数传模块将无人机的飞行状态信息传输给地面站，同时接收地面站的指令，实现对无人机的远程控制。
四、软件设计软件设计包括控制系统算法和程序编写两部分。
控制系统算法采用先进的姿态控制算法和导航算法，实现对无人机的精确控制。
程序编写采用C语言，实现对单片机的编程和控制。
在程序设计中，需要考虑到系统的实时性、稳定性和可靠性等因素。
五、系统实现系统实现包括硬件组装、程序烧录和调试等步骤。
首先将各模块组装在一起，然后通过编程器将程序烧录到STM32单片机中。
在调试过程中，需要对系统的各项性能进行测试和优化，确保系统的稳定性和可靠性。
500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用
500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用随着科技的不断发展，无人直升机在民用和军事领域的应用越来越广泛。
而无人直升机的飞控导航系统是其核心部件，对于飞行的安全和效率至关重要。
本文将重点介绍500公斤级无人直升机飞控导航系统的设计与应用。
一、飞控导航系统的设计1. 飞控系统飞控系统是无人直升机的大脑，负责控制飞机的姿态、飞行高度、速度等。
500公斤级无人直升机通常采用惯性导航系统和GPS卫星导航系统相结合的方式进行飞行控制。
惯性导航系统可以实时监测飞机的姿态和加速度，而GPS卫星导航系统则可以提供飞机的位置和航向信息。
飞控系统通过精确的计算和数据处理，使无人直升机能够实现自主飞行和导航。
2. 导航系统500公斤级无人直升机的导航系统需要具有高精度、高可靠性和抗干扰能力强的特点。
导航系统通常包括导航计算器、导航传感器、导航显示器等组成。
导航计算器负责对飞行数据进行处理和计算，导航传感器可以实时监测飞机的位置、速度和航向，导航显示器则向飞行员展示飞行信息和导航路径。
导航系统还需要具备自动避障、自动着陆等功能，以提高飞行的安全性和可靠性。
3. 通信系统500公斤级无人直升机的通信系统需具备高速、稳定、安全的特点，以保证飞行数据的及时传输和指令的准确执行。
通信系统通常包括航空雷达、卫星通信、数据链等模块，可以实现与地面站的双向通信和飞行数据的实时传输。
通信系统还需要具备防干扰和抗干扰能力，以应对复杂的电磁环境和敌方干扰。
1. 民用应用500公斤级无人直升机在民用领域具有广泛的应用前景，如农业喷洒、环境监测、物流运输等方面。
飞控导航系统可以使无人直升机实现自主脱离和着陆，实时监测作业区域的情况，并根据预先设定的航线进行飞行，大大提高了飞行的安全性和效率。
飞控导航系统还可以实现无人直升机和地面站的实时通信，方便操作人员对飞机进行监控和指挥。
2. 军事应用500公斤级无人直升机在军事领域具有重要的作用，如无人侦察、无人打击、战场通信等方面。
某型无人机舵控系统的设计与仿真
无 人 机 飞 行 控 制 系 统 一 般 由 飞控 计 算 分 系
统 、 服 作 动 分 系 统 、 感 器 分 系 统 等 部 分 组 伺 传
图 １ 舵 机 控 制 系 统、 减
速 机构 、 电位 计 传 感 器等 装 置 构成 的无 刷 直流 舵 机 ．传 动 机 构 主要 由减 速 机 构 组成 ， 速 机构 按 减 照 １ ２ ５的速 比将 减 速 后 的 信 号 经 过 处 理 传 送 ：９ 给舵面； 电位 计 为 舵 回路 的位 置反 馈 信 号 测量 元 件 ， 而 构 成 闭环 的舵控 系统 ． 其 中速 度 反馈 及 从 速 度控 制 器 的作 用 在 于增 大 舵 回路 的阻 尼 ， 善 改 舵 回路 的动 态 性 能 ， 加 系 统 的稳 定 性 ； 置 反 增 位
用 Ｓｍｕｉ ｉ ｌ ｋ工具 箱 建立 了电 传舵 控 系统 的数 学模 型 ， 转速 控 制律 和 位 置控 制 律 进行 了设 计 ． 对带 有 转速 控 制 ｎ 对
回路和未加 转速控制 回路 的舵机控制 系统以及加入扰动后 的舵机控制 系统分别进行 了仿真验证．仿真结果表
明： 所设 计 的舵 机 控 制 系统 动 态性 能及 跟踪 性 能好 。 干扰 能 力 强 ， 够满 足 某 型无 人机 飞行控 制 的要 求及 飞行 抗 能 控 制 地 面仿 真验 证 系统 的 需要 ， 为该 系统 的研 究提供 了技 术保 障．
成 ．伺 服 作 动分 系 统 由舵 机 及其 控 制 器组 成 ， 是 飞行 控 制 系统 的执行 机构 ， 其性 能 优 劣 直接 影 响 着 飞行 控 制 系统 的性 能ｕ． 目前 关 于 舵 机 控 制 系统 的 研 究 涉 及 到 智 能 机器人 、 下航行器 、 艇 、 弹 、 人机 等 ， 水 飞 导 无 包 括基 于单 片机 、 Ｓ Ｄ Ｐ的数 字 舵 控 系 统 的 相 关 研 究 、 代 控 制 理 论 在 舵 控 系 统 中 的应 用 、 控 系 现 舵 统 的 可 靠 性 分 析 及 舵 控 系 统 相 关 模 块 的 开 发 等 ． 例 如 ： 用 ８Ｃ １ 为 主 控 部 分 ， 合 可 编 采 ９５作 结
无人机控制系统设计与仿真
无人机控制系统设计与仿真无人机（Unmanned aerial vehicle, UAV）作为一种自主飞行的飞行器，在日常生活和工业领域中被广泛应用。
为了确保无人机的安全飞行和高效任务执行，优秀的无人机控制系统设计与仿真是非常重要的。
一、无人机控制系统设计无人机控制系统的设计主要包括飞行控制系统和通信控制系统两个方面。
1. 飞行控制系统设计：无人机飞行控制系统是确保飞行器平稳飞行、包括航向、高度和速度控制在内的关键。
设计一个稳定可靠的飞行控制系统需要以下步骤：a) 确定飞行器的动力学模型：通过数学建模，从物理角度描述无人机的运动特性。
b) 设计控制器：基于动力学模型，选择适当的控制器类型（如PID控制器、模糊控制器或模型预测控制器），设计控制器的参数，并利用控制理论方法进行系统稳定性分析。
c) 构建控制系统：根据控制器设计结果，建立整个飞行控制系统，包括传感器、执行器、控制算法等元素的组合，将信号传递和处理流程定义清楚。
2. 通信控制系统设计：无人机通信控制系统是实现与地面控制站之间的通信和数据传输的关键。
设计一个可靠的通信控制系统需要以下步骤：a) 确定通信协议：根据任务需求和无人机特性，选择适当的通信协议（如Wi-Fi、蓝牙或Zigbee），考虑到通信距离和数据传输速率等因素。
b) 设计通信模块：根据通信协议，设计通信模块的硬件和软件，包括天线、无线模块和数据传输协议等元素。
c) 构建通信系统：根据通信模块设计结果，建立整个通信系统，包括无人机上的通信模块和地面控制站上的通信模块。
二、无人机控制系统仿真无人机控制系统的仿真是在计算机环境中模拟和评估无人机飞行控制的有效方法。
通过仿真可以降低测试和调试的成本，并提前评估控制系统的性能。
1. 仿真平台选择：选择合适的仿真平台是进行无人机控制系统仿真的第一步。
常用的无人机仿真平台包括MATLAB/Simulink、dronekit和PX4等。
2. 建立仿真模型：根据实际无人机的动力学模型和控制系统设计结果，利用选择的仿真平台建立无人机的仿真模型。
无人机导航与控制系统的设计与实现
无人机导航与控制系统的设计与实现无人机是一种无人操控的飞行器，它具备了一些传统飞行器所不具备的特点，如灵活性、机动性、快速反应能力等。
这使得无人机在多个领域，包括军事、民用、科研等方面有了广泛的应用。
无人机导航与控制系统是无人机正常运行所必需的核心组件，它能够实现无人机的导航和控制功能。
无人机的导航与控制系统设计与实现主要包括以下几个方面：导航模块设计、传感器选择与配置、控制算法开发和底层硬件控制。
首先，无人机的导航模块设计是无人机导航与控制系统中的核心部分。
导航模块需要能够实时获取并处理来自各个传感器的数据，通过集成导航算法来实现无人机的定位、速度估计和航迹规划等功能。
导航模块还需要具备对外部环境变化的适应性，并能够处理异常情况下的应急导航问题。
因此，在设计导航模块时，需要综合考虑无人机的应用场景和任务需求，选择合适的导航算法和传感器组合，并进行系统级的设计和算法优化。
其次，传感器的选择与配置是无人机导航与控制系统设计与实现中的重要一环。
传感器是无人机感知外部环境和获取飞行动态信息的主要手段，影响着导航与控制系统的性能和稳定性。
常用的无人机传感器包括全向摄像头、惯性测量单元（IMU）、超声波/激光测距仪、GPS等。
根据无人机的应用场景和任务需求，合理选择和配置传感器是保证无人机导航与控制系统正确运行的关键。
第三，控制算法的开发是无人机导航与控制系统设计与实现的重要组成部分。
控制算法可以根据导航模块提供的无人机状态信息和飞行目标信息，对无人机进行姿态控制、速度控制和航迹控制。
常用的无人机控制算法包括PID控制器、模型预测控制器和强化学习控制器等。
在开发控制算法时，需要考虑无人机的动力学模型和姿态/运动的约束条件，并通过仿真和实验验证算法的性能和稳定性。
最后，底层硬件控制是无人机导航与控制系统设计与实现过程中不可或缺的一环。
底层硬件控制主要包括对无人机的电机、舵机和传感器等硬件设备的控制。
无人机的电机控制是实现飞行动力学的关键，舵机控制用于实现加速度、姿态和航向的调整。
航天飞行器导航与控制系统设计与仿真
航天飞行器导航与控制系统设计与仿真导语：航天飞行器是现代科技的巅峰之作，它的导航与控制系统是其正常运行和控制的核心。
本文将探讨航天飞行器导航与控制系统的设计原理、关键技术以及仿真模拟的重要性。
一、航天飞行器导航与控制系统设计原理航天飞行器的导航与控制系统设计原理主要包括三个方面，即姿态控制、导航定位和轨迹规划。
1. 姿态控制：姿态控制是指通过控制飞行器的各种运动参数，使其保持稳定的飞行姿态。
对于航天飞行器来说，由于外部环境的复杂性和飞行任务的特殊性，姿态控制尤为重要。
常用的姿态控制方法包括PID控制、模型预测控制和自适应控制等。
2. 导航定位：导航定位是指通过测量飞行器的位置和速度等参数，确定其在空间中的位置。
现代航天飞行器的导航定位通常采用多传感器融合的方式，包括惯性导航系统、卫星定位系统和地面测控系统等。
其中，卫星导航系统如GPS、北斗系统等具有广泛应用。
3. 轨迹规划：轨迹规划是指根据航天飞行器的飞行任务和外部环境的要求，确定其飞行轨迹和航线。
航天飞行器的轨迹规划需要考虑多个因素，如飞行器的运动特性、飞行任务的要求、空间障碍物等。
二、航天飞行器导航与控制系统的关键技术航天飞行器导航与控制系统设计离不开一些关键技术的支撑，其中包括：1. 传感器技术：传感器技术是导航与控制系统的基础，可以通过传感器对飞行器的姿态、速度、位置等进行准确测量。
陀螺仪、加速度计、GPS接收机等传感器设备的精度和稳定性对导航与控制系统的性能有着重要影响。
2. 控制算法：姿态控制和导航定位需要高效的控制算法来实现。
PID控制算法是常用的姿态控制方法，模型预测控制和自适应控制等算法则在一些特殊应用中得到了广泛应用。
对于导航定位，卡尔曼滤波和粒子滤波等算法可以很好地利用多传感器信息进行位置估计。
3. 轨迹规划算法：航天飞行器的轨迹规划需要考虑多个因素，如安全性、能耗等。
基于遗传算法和优化算法的轨迹规划方法可以在不同的约束条件下求解最优解。
无人机飞行控制系统的设计与仿真
无人机飞行控制系统的设计与仿真1.引言无人机作为一种高效、灵活且具有广泛应用前景的航空器，正逐渐在军事、民用、科研等领域发挥重要作用。
而无人机的飞行控制系统是确保无人机能够稳定、准确地执行任务的重要核心技术之一。
本文将探讨无人机飞行控制系统的设计与仿真问题。
2.无人机飞行控制系统概述无人机飞行控制系统包括传感器、数据处理单元、执行器等多个组成部分。
传感器用于感知环境和飞行状态，数据处理单元负责实时处理传感器数据以及运算控制指令，执行器则负责控制无人机的各个设备以实现飞行控制。
无人机飞行控制系统的设计目标是保证无人机在各种复杂环境中的稳定性、可控性和安全性。
3.传感器选择与布局传感器对于无人机飞行控制系统至关重要，不仅能提供即时的环境信息，还能感知无人机的飞行状态。
在选择传感器时，需要考虑其精度、响应速度、可靠性等因素，并根据无人机的具体任务和应用场景进行布局。
例如，用于测量姿态的加速度计和陀螺仪通常布置在无人机的重心附近，以实时感知无人机的姿态变化。
4.数据处理与控制算法传感器采集的数据经过数据处理单元进行滤波、校准等处理，以获得更准确、可靠的飞行状态信息。
在控制算法方面，常用的方法有PID控制器、模糊控制、自适应控制等。
根据无人机的任务特点和运行环境，选择合适的控制算法，并通过仿真测试进行参数优化和系统性能评估。
5.执行器选型与控制执行器是无人机飞行控制系统中负责转化电信号为机械能的装置，常见的执行器有电机、舵机、液压缸等。
在无人机设计中，需要根据无人机的重量、飞行速度等因素选择合适的执行器，并通过控制信号实现对无人机各部件的精确控制。
此外，还需要考虑执行器的能耗、寿命等因素，在设计中进行综合权衡。
6.飞行控制系统的仿真为了评估无人机飞行控制系统的性能和可靠性，采用仿真是一种经济、高效的方法。
通过建立系统动力学模型、传感器模型和环境模型等，可以在计算机上进行虚拟飞行实验，模拟不同飞行场景下的飞行控制过程。
无人机导航与控制系统的设计与改进
无人机导航与控制系统的设计与改进无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）是一种无人驾驶的飞行器，具有广泛的应用领域，包括军事、民用、科研等。
随着技术的不断进步，无人机的导航和控制系统也得到了显著的发展和改进。
本文将重点探讨无人机导航和控制系统的设计和改进。
一、导航系统设计无人机的导航系统是指根据预定的目标和规划的航线，在飞行过程中自主决策，实现位置定位和路径规划的功能。
下面将从定位方法、姿态估计和路径规划三个方面来讨论无人机导航系统的设计。
1. 定位方法在无人机导航系统中，定位方法是至关重要的。
目前常用的定位方法包括全球卫星定位系统（Global Positioning System, GPS）、惯性导航系统（Inertial Navigation System, INS）、视觉导航系统等。
其中，GPS是最常用的定位方法之一，利用卫星信号进行定位。
然而，在室内环境、城市高楼群等条件下，GPS信号可能不稳定或不可用。
因此，研究者们致力于将其他定位方法与GPS相结合，提高定位精度和鲁棒性。
2. 姿态估计无人机的姿态估计是指通过传感器获取无人机当前的姿态信息，包括倾斜角、偏航角等。
姿态估计对于无人机的飞行稳定和控制至关重要。
目前常用的姿态估计方法包括陀螺仪、加速度计和磁力计等。
除了传统的传感器外，还可以利用视觉传感器和惯性测量单元相结合的方法，实现更精确的姿态估计。
3. 路径规划路径规划是无人机导航系统中的另一个重要组成部分。
路径规划的目标是通过分析环境信息和任务要求，确定无人机的行进路径，以实现高效、安全的飞行。
常用的路径规划算法包括A*算法、D*算法、遗传算法等。
此外，为了适应特定的任务需求，可以考虑约束条件下的路径规划方法，如避障路径规划、高尔夫路径规划等。
二、控制系统改进无人机的控制系统对于保证飞行稳定、实现各种动作和任务至关重要。
随着无人机应用领域的不断扩大，控制系统的要求也日益提高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
拟真实飞行，地面站采用无线电收发板与飞控／导航系统进行 无线电通讯，完成飞控导航指令的发送和飞行状态数据的接收 和显示；其他各部分系统采用ＣＡＮ总线相互连接进行通讯。 ＣＡＮ总线具有操作方便，通讯实时高效的特点，可以满足各 部份系统的要求。 １．２导航／飞控硬件设计
导航／飞控系统是整个仿真的中心也是实际飞行的核心， 担负着航迹规划、数据采集、控制律计算，故障检测等重要任 务，决定着飞行稳定和安全性。针对某型无人机研制任务的要 求，硬件上采用ＴＭＳ３２０Ｆ２８ｘｘ型号ＤＳＰ为主要处理部件。 Ｆ２８ｘｘＤＳＰ含有丰富的外围设备，包括１６路１２位ＡＤ、多种 串口外围设备及其他丰富的片上资源，其主频高达１５０ ＭＨｚ， 完全满足本系统的要求。 １．２。１ 数据采集口］
参考文献： Ｅｌｉ张明廉．飞行控制系统ＥＭ］．北京：航空工业出版社，１９９４．
Ｅ２］屈耀红．某型无入机的定位与导航控制研究ＥＤ］．西安：西北工业 大学，２００２．
本系统主要包括以下主要部分：地面站、ＧＰＳ模拟系统、 大气模拟系统、导航飞控系统、飞机模型计算机等，连接示意 图如图１所示。由图可见，为验证设计的导航／飞控系统，模
图１仿真总体示意图
收稿日期：２００５—１０—２５：修回日期：２００５—１２—０７。 作者简介：高建尧（１９８１一），男，浙江龙游人，硕士生，主要从事控制 理论、控制工程、无人机导航与控制等方向的研究。
关键词：无人机；导航／飞控系统；仿真；ＣＡＮ总线
ＮａＶｉｇａｔｉｏｎ／Ｆｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒｔａｉｎ ＵＡＶ
Ｇａｏ Ｊｉａｎｙａｏ，Ｌｕ Ｊｉｎｇｃｈａｏ，Ｙａｎ Ｊｉａｎｇｕｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ＵＡＶ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ／ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄａｔａ ａｃｑｕｉ— ｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ／ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ａｓ ｗｅｌｌ．Ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓ—
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＡＶ；ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ／ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＣＡＮ—ｂｕｓ
Ｏ 引言 随着航空事业的发展，无人机的研制和使用越来越受到人
们的重视，元人机以其体积小、成本低、多用途和可复用等特 点成为关注的焦点。导航／飞控系统是无人机实现自主飞行的 核心内容，如何设计并验证导航／飞控系统设计的稳定、可靠 性而又不需要花费大量人力、物力进行实际飞行承担风险，成 为工程研制得重要课题。基于以上考虑，本文一方面介绍导航 ／飞控系统，另一方面根据所研制的导航／飞控系统，设计了一 套能够替代实际飞行，而又最大限度的模拟实际飞行的仿真系 统，并对所设计导航／飞控系统进行仿真验证。 １ 系统设计与实现 １．１总体设计
（４）闭环测试。在确保开环测试没有问题的情况下，连接 各子系统形成闭环仿真。由面站规划航线，通过无线电发送给
堂熊潮攘：网 万方数据 ｃ均事ｎ矗辫氟斑ｅ嚣．ｅｎ
箜！塑
壹垄墨：箜！茎型垂△垫呈堕！兰笙壅笙堡盐皇垡塞
：！！！：
导航，导航根据航线产生控制量，飞控根据控制量驱动舵机跟 踪航线，实现自主飞行。 ３．２仿真任务
图４导航飞控软件流程
３ 仿真 ． 如图１连接各部分子系统后，挂载真实舵机并连接模型飞
机便于检测舵机偏转方向及角度是否正确，并形成闭环系统。 导航／飞控系统调试并验证完成之前，考虑到安全问题，不适 合进行实际飞行，因而无法给出飞机动态的各种响应状态。为 此，在飞控系统向舵机输出ＰＷＭ信号的，同时检测舵机实际 偏转角度并通过ＣＡＮ总线将值发送到飞机模型计算机，进行 模型解算，解算后的飞机响应由模型计算机以广播的方式传送 到ＣＡＮ总线上，飞控系统从ＣＡＮ总线上获取飞机响应形成 负反馈控制；在此过程中，大气数据也从ＣＡＮ总线上获取期 望空速、高度经计算输出后作用于飞控的空速、高度传感器， 实现近乎真实的模拟飞行。在整个仿真系统中，飞控／导航系 统以及舵机等都是真实机载系统。 ３．１仿真步骤
．（１）自主飞行：地面规划好航线后，由导航／飞控系统自 主完成飞行任务；
（２）人工干预：由地面根据飞行任务，手动调整飞行航向 和飞行方式，导航／飞控系统只起到飞行增稳和数据传输的功 能。
３．３仿真结果 根据步骤和任务进行，仿真结果如图５所示。仿真过程中
设置４个航程点，从起始点开始按航点序号依次飞行，地面站 电子地图上实时显示飞行航迹。仿真飞行航迹显示，系统能跟 踪预定航线。图中飞行航迹有超调，符合飞行中的飞机惯性特 性。仿真结果验证了系统的正确性。
ｔｅｒｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｄａｔａ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ＧＰＳ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｉｎ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｂ —ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ＣＡＮ—ｂｕｓ，ｒｅａｌ ｓｅｒｖｏｓ ａｒｅ ｂｒｏｕｇｈｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ。Ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｕｔ ｕｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔ．
为保证系统稳定可靠，导航与飞控不相互铰链。为保证导 航精度，考虑到导航滤波采用单独的ＣＰＵ用于导航计算，保 证计算的实时和可靠性，同时担负任务管理。导航ＣＰＵ需与 外部地面站、任务设备及ＧＰＳ接收机进行通讯，其中ＧＰＳ信
中华测潼阚
·７６０·
计算机测量与控制
第６期
图２飞控／导航硬件连接示意图
号可靠接收占有重要地位，选用外扩串口收发芯片ＴＬｌ６Ｃ７５ 进行通讯。ＴＬｌ６Ｃ７５含有６４级ＦＩＦＯ，独立的收发通道。为 保证ＧＰＳ接收优先性，采用中断接收并占用Ｆ２８ｘｘ高优先级 外部中断。在接收地面无线电以及与机载任务设备通讯时，采 用ＲＳ４２２接口与导航ＣＰＵ相连。ＲＳ４２２采用差动、低误码率 高速传输，能有效的降低通讯噪声。无线电接收板选用Ｍａｘ— Ｓｔｒｅａｍ ＯＥＭ通讯模块。导航ＣＰＵ将接收到的信息解码、滤 波，进行导航计算得到位置信息并通过数据交换存储区向飞控 计算机传送控制指令。飞控ＣＰＵ同时将采集处理后的姿态信 号通过数据交换存储区回传给导航系统，经由无线电下发给地 面站实时进行显示和分析。 １．３大气模拟系统
各个子系统分别有各自的软件，其中核心是导航／飞控软 件。导航／飞控软件流程如图４所示。导航模块分为中断非中 断两大块，中断中进行飞机航位推算、信息融合、目标点到达
ห้องสมุดไป่ตู้
判断以及导航控制律计算，信息融合采用常值卡尔曼进行滤波 融合。非中断程序中将接收到的地面、ＧＰＳ、任务设备信息进 行解码，信息的接收采用中断和查询相结合的方式接收；判断 并进行航线切换；根据飞行任务进行任务管理；完成与地面、 任务设备的通讯。飞控模块主要为定时中断，在中断中采集数 据，采集姿态数据，简单滤波后参与控制律计算；指令读取主 要读取导航的控制指令，执行自动或手动控制；经控制律计算 后向舵机输出ＰＷＭ信号，完成对飞机的稳定与控制。软件在 ＴＩ提供的ＣＣＳ环境下编写，编译后通过ＪＴＡＧ接口下载到 ＤＳＰ中。系统的其他部分软件在ＶＣ＋＋６．０环境下编译完成。 ＧＰＳ模拟系统主要任务是提取位置信息并融入一定的白噪声 误差，根据ＮＭＥＡ标准，组帧并将数值转化为字符，定时并 通过异步串口输出，其中的关键在于将数值型数据按一定的规 则转化为字符。地面站主要完成飞行姿态、状态监测，飞行指 令控制及航迹显示等功能。在与导航／飞控的通讯上采用问答 方式，并设有通讯链路防断保护，即在两个节拍内没有收到回 传信息主动复位链路。
Ｆ２８ｘｘ自带的ＡＤ具有１２位精度，实际有效精度为ｌＯ 位，用于采集精度较低而又不影响整体系统质量的飞行状态 量，如油门开度、发电机电平、温度等。在小扰动下飞行和机 动飞行时３个轴向的速率，位置变化范围比较大，要求精度较 高，为此选用ＡＤＳ８３６４进行采集。ＡＤＳ６３６４含６路差分输入、 １６位转换有效精度１４位的ＡＤ通道，芯片自带队列缓存 （ＦＩＦｏ），能有效防止数据丢失，进行高速、高精度转换，最 大限度的满足系统要求。其系统硬件连接图如图２所示。 １．２．２系统数据通讯
图３大气模拟工作示意图
１．４其他系统 整个仿真系统还包括飞机模型计算机，飞机模型计算机用
于解算飞机状态。根据飞机模型，按照采样时间离散化后下载 到计算机中。计算机获得飞控输出舵偏转角控制量，经模型解 算输出飞机响应状态，反馈给飞控形成闭环控制。
ＧＰＳ是现今无人机高精度可靠飞行的主要手段，仿真情 况下无法实时获得ＧＰＳ定位信息，因而需要建立ＧＰＳ模拟系 统，模拟实际飞行，同时也能全面测试系统。ＧＰＳ模拟系统 根据ＧＰＳ组帧格式，依据导航航程推算得出的位置信息，加 上适当的误差，按照每秒一帧的频率向导航系统输入经纬度、 高度，地速等主要信息，以标准ＮＭＥＡ格式组帧并发送。 ２系统软件设计
大气模拟系统目的在于模拟提供飞机飞行中空速和高度， 给飞机空速传感器和高度传感器提供一定的压力，使相应的控 制环节使飞机在静态调整空速、高度。模拟系统由高精度气压 传感器，气压阀门，储压装置，气压泵以及计算机控制系统组 成。给定一定压力，计算机通过Ｄ／Ａ输出控制信号，打开压 力阀门向储压装置冲气，由压力传感器测得压力值经Ａ／Ｄ采 集与给定压力相比较形成闭环反馈控制，其框图如图３所示。 储压装置与飞控空速、高度传感器相连。