基于FPGA的高速导航解算硬件实现

针对现有小型无人机导航系统的解算速度慢、多处理器核心臃肿可靠性差的缺点,实现了一种仅使用单一FPGA作为数据处理核心的小型高速导航解算系统。该系统对飞机运动方程组和导航方程组进行并行化分解,对相互独立的中间变量进行并行计算,使得单个运算周期能够同时进行6次浮点运算,在不盲目增加硬件消耗的条件下有效提高了解算速度。仿真和实验结果表明系统能够高效地进行导航信息解算,在小型无人机的导航控制领域有重要的工程应用价值。     

基于DSP和CPLD的小型化导航CPU设计

文章介绍了一种基于DSP和CPLD技术的小型化导航CPU的设计,该CPU主要用于配合小型化惯导组件使用,以CPLD芯片和DSP芯片为核心器件实现数据的计数采样、导航解算、温度监控、状态监控以及误差补偿等功能。     

一种ARM+DSP架构的小型无人机飞行控制平台软件设计

为了提高小型无人机飞控计算机的处理速度和解算精度,提出了ARM+DSP的解决方案。ARM作为主处理器负责任务管理和数据采集,DSP作为从处理器负责数据处理,两处理器通过双端口RAM进行数据交换。本设计实现了双处理器协同工作飞控软件设计,移植了嵌入式ARM-Linux系统,完成了A/D、双端口RAM等底层驱动及应用,具有可靠性高、便于维护和功能扩展的特点。     

小型无人机飞控计算机设计

为了解决小型无人机对飞控计算机小型化和高精度要求的问题,设计以DSP为核心的主控模块,采用大规模逻辑器件CPLD进行地址译码,完成逻辑处理及隔离、驱动功能,配合接口芯片28C94和AD／DA转换芯片设计接口模块、数据采集模块及舵机驱动模块。基于模块化设计的机载飞控计算机具有体积小,功耗低,精度高的特点。系统集成试验和共计15h的验证飞行试验表明,该计算机处理数据的实时性满足5ms数据采集、20ms控制律解算的要求,其输出精度满足控制系统舵机驱动0．01V的要求,总体性能满足验证无人机系统的要求。     

无人机双余度MPC5554飞控计算机

为了提高无人机飞控计算机的可靠性,结合工程实践,设计了一种双余度飞行控制计算机系统。该系统在以MPC5554处理器为核心的飞控计算机基础上,加入一套硬件相同且功能相同的飞控计算机并添加少量硬件及软件模块,以较小成本大大提高飞控计算机的可靠性。该方法实施简单、成本低、易移植,较工程化,具有较好的通用性。     

基于DSP和AVR单片机的主从式双CPU导航计算机

介绍了一种小体积、低功耗、低价位的高性能导航计算机。此导航计算机由数字信号处理器(DSP)和AVR单片机两种CPU组成，DSP主要完成数据处理和制导算法运算，AVR单片机主要完成信息的采集和相关控制，两种CPU各自充分发挥自己的特点，协调地工作，能出色地完成导航计算机的功能。     

基于SIFT算法的无人机视觉导航研究

针对无人机在飞控信道被阻塞和失去卫星定位信号的情况,研究了依靠自主视觉导航来提高生存能力的可能。图像特征信息的获取和匹配是建立图像间的对应关系、实现视觉导航的关键,基于SIFT算法对无人机俯拍图像进行了局部特征的提取、描述和匹配研究,实验结果表明了SIFT算法在无人机俯拍图像的景象匹配中的不变性和准确性,证明了该算法在无人机视觉导航中的应用潜力。     

无人机航线规划系统的改进设计与实现

无人机航线规划是无人机任务规划技术中的关键。目前无人机航线规划技术存在响应速度缓慢、探测效果不佳、计算量较大等缺点。因此,对无人机航线规划系统进行改进设计,其硬件主要包括飞控核心板、存储模块、侦测导航模块等,根据性能将规划系统划分为6个功能模块。采用飞控核心板实时检测无人机状态信息,控制飞行路径。优化存储模块电路,对无人机飞行数据进行保存。利用侦测导航模块,为无人机提供准确的飞行航线导航信息,实现无人机航线的精准规划。设计无人机软件系统中的A/D采集驱动程序,使用C语言将规划路线写入航线规划系统,实现无人机自主飞行。实验结果表明,在遇到突发威胁与突然改变飞行任务的情况下,所设计的无人机航线规划系统能够及时规划出最佳飞行航线,响应速度快,拥有良好的避障性能,可实现无人机的自主飞行。     

基于PID神经网络的无人机三维航迹控制方法研究

在研究无人机空中加油航迹控制时,发现二维航迹控制方法难以实现高精度的控制要求。其主要问题是二维航迹控制只能解算出水平面的位置,忽略了高度信息。主要描述了三维航迹控制方法及控制器设计。在二维导航控制的基础上,采用非定高航程推算原理解算出无人机实时位置信息。着重分析航点高度信息算法,飞控系统实时跟踪此计算高度,完成轨迹控制。控制器采用PID神经网络方法,与传统PID控制相比能明显改善控制器性能,响应快,超调小,稳态精度高,能够满足无人机三维航迹控制的飞行要求。     

无人机视觉导航算法

为保证无人机着陆精度和安全性,提出了一种无人机自主着陆视觉导航位姿解算方法。首先对机载相机进行标定,获取相机参数;然后综合考虑地标形状和尺寸、地标角点几何分布和角点数量对位姿估计精度的影响,设计了T型着陆地标形状和尺寸参数,将地标轮廓提取和角点检测算法相结合,得到几何分布好、数量适中的8个角点用于位姿解算,保证了位姿解算精度;为减少LK （Lucas-Kanade）光流法稳定跟踪地标的处理时间,直接将提取的这8个角点作为LK光流法检测和跟踪的输入,保证了算法实时性;最后利用三维空间到二维像平面投影关系对飞行位姿参数进行实时解算。实验结果表明:算法具有较高估计精度,算法平均周期为76.756 ms （约13帧/s）,在速度较低的着陆阶段基本满足自主着陆视觉导航的实时性要求。     

基于MEMS振动陀螺的旋翼无人机组合导航算法设计

旋翼无人机需要惯导提供准确的角速度和加速度测量信息,而由于无人机的振动会对陀螺输出噪声产生影响,进而影响无人机的飞行平稳性。因此,该文提出了一种面向旋翼无人机的组合导航算法,基于扩展卡尔曼滤波,结合全球导航卫星系统/惯性导航系统(GNSS/INS)组合导航算法和无地磁传感器的航姿参考系统算法,在一定程度上解决了GNSS失效情况下的姿态稳定问题。针对旋翼无人机对导航系统输出信息平稳性的要求,采用自适应陀螺采样平滑方法,在少量增加数据处理复杂度的前提下,降低了航姿和角速度信息的噪声,在无人机应用中实现了良好的飞行轨迹重复性和控制平稳性。     

SINS/CNS/GNSS组合导航计算机系统研究

SINS/CNS/GNSS组合导航系统具有全自主、抗干扰能力强、高精度等优点,对导航计算机性能要求高。从组合导航系统对导航计算机的需求出发,本文基于DSP和FPGA设计了高精度、高可靠性、小型化、低成本、低功耗的导航计算机系统。本文首先给出了导航计算机的原理结构框图,并详细介绍了主要功能单元;其次介绍了程序设计的基本思路;最后根据GJB/Z299C-2006提供的数据和方法,计算了导航计算机的可靠性指标MTBF。实际应用结果表明,该导航计算机的处理速度、处理精度、可靠性、成本、体积、功耗等指标均达到组合导航系统要求。     

一种新颖的无人机编队拓扑形成与信道接入机制

针对全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）高精度相对定位的无人机编队飞行应用中的信息交互与通信时延问题，首先优化设计了编队飞行网络拓扑，实现所有成员的信息交互且通信代价最小；其次，基于优化设计的网络，提出一种新的通信信道接入机制；最后对16机编队飞行场景进行了仿真分析，评估通信网络及相对定位性能。结果表明，编队成员端到端通信时延小于20 ms，且当通信与载波相位差分处理的总时延小于相对位置感知时间间隔时，相对位置感知精度可达到亚分米级，且感知误差与时延和载体运动状态相关。     

基于DSP和FPGA的导航计算机系统设计

为提高导航的精度和实时性,设计了基于DSP和FPGA的导航计算机模块,成功实现了低成本、小型化的捷联惯性导航系统。通过描述硬件的设计原理和软件的框架及流程,简要介绍了系统的设计和实现方法。经验证,该系统达到了导航定位的性能和精度要求,姿态、位置和速度等参数可以有效融合多传感器的导航信息,能满足导航计算机在处理能力、体积、功耗和适应性等方面的要求。     

基于MapX的卫星遥感影像地图导航系统设计

针对现有的无人机矢量地图导航系统图像不直观、高程数据缺失和矢量点线位置精度有限等不足,基于MapX开发平台,设计了无人机地图导航系统的结构与功能方案。对卫星遥感影像地理信息关联及海量检索处理、矢量图层与栅格图层综合显示处理等关键技术进行了研究,并利用VC++6.0工具开发了一套地形地貌直观丰富、数据处理方便可靠的无人机卫星遥感影像地图导航系统。     

基于DSP的无人机编队视频跟踪技术

无人机编队飞行可协同完成任务,比单机执行任务效率更高。队形控制是实现编队飞行的关键技术之一。视觉跟踪技术能从视频序列中获得感兴趣目标的状态参数,故在编队中可以利用视觉信息进行目标检测与跟踪来确定邻机方位及距离信息,从而实现队形控制。首先利用视觉传感器获取无人机的运动图像,然后基于DSP采用KLT算法,计算出无人机在图像上的相对位移,实现无人机的跟踪。实验证明,跟踪结果准确性较高,满足实际应用的精度要求,可用于无人机编队稳定跟踪,为进一步解决无人机相对定位问题提供位移信息。     

高动态环境下的弹载导航计算机设计

针对空中高动态飞行环境下载体体积小、姿态变化快的特点,设计了一套高性能弹载计算机系统。该系统基于Tl公司新一代的浮点数字信号处理器TMS320F28335,采用新的微惯性测量与磁强计组合的硬件设计方案,并采用了基于DSP/BIOS的程序编程与实时性分析的方法。经过半实物仿真测试表明,该方案具有体积小、功耗低、采样率高、导航周期短、累积误差小的特点,满足高动态环境下的应用要求,能有效改善导航精度,为弹载导航计算机设计提供了一种新的思路。     

遗传算法提高卡尔曼滤波器在无人机滑行控制中的应用

无人机在起降过程中由于受到外界因素的干扰,在滑跑行驶过程中会产生一定的偏差。文中提出了一种新型的无人机测偏角方案,结合遗传算法和卡尔曼滤波器的优势,来达到提高无人机测量偏角的精度。卡尔曼滤波器可以应用到无人机飞控系统的导航中,但是存在一定的误差,而利用遗传算法的优势,缩小最优解的范围,可以提高有效性和可靠性。通过实验仿真,可使无人机的侧偏角保持在允许的一定范围内。     

基于TMS320F28335的CAN和以太网接口设计

浮点型DSP以丰富的外设,较高的主频在工业控制领域得到广泛的应用,CAN总线设备构成的现场总线与以太网构成的高速通信网络已成为工业控制领域的发展趋势。介绍了一种基于TMS320F28335的CAN总线与以太网互联系统的设计方法,给出了系统各组成部分的硬件及软件的设计与实现。控制部分采用TI公司的TMS320F28335,CAN总线接口模块采用TI公司的SN65HVD230,以太网接口模块控制芯片采用Realtek公司的RTL8019AS。该设计具有可扩展性好和性价比高的优点。