基于垂直陀螺的无人机纵向姿态控制技术研究

为了有效的减少飞行控制系统配置,降低成本,本文提出了基于垂直陀螺的无人机纵向姿态简化配置控制方案,分析了纵向姿态简化配置控制方案的理论依据。针对该简化配置特性,以某小型无人机为分析对象,采用简化配置方案设计了相应的纵向姿态控制律,并通过采用重心后移降低稳定性对控制系统鲁棒性进行验证,分析了对简配控制方案的适用对象特性和控制效果。     

一种基于红外传感器的无人机姿态测量方法

针对红外温度传感器能灵敏感应天空地面热辐射的特点,提出了一种基于红外传感器测量无人机姿态信息的方法,相比传统姿态测量传感器,红外传感器具有体积小、重量轻、无漂移、成本低等优点;针对该方法介绍了由三对正交安装的红外传感器测量姿态角的基本原理及能获得更好视场角的45°安装方式;并通过场地实验获得了红外传感器的对地倾角和输出电压的函数关系;通过推理得到无人机姿态测量算法,实现了根据红外传感器的差动输出信号计算无人机的姿态角;同时对太阳的干扰问题作了适当的研究;为了验证算法的可靠性,进行了机载飞行实验。实验结果表明,该方法可以有效的测量无人机的姿态角。     

具有超视距巡航的四旋翼无人机研制

本文以四旋翼作为飞行平台,用arduino mege 2560单片机,三轴陀螺仪MUP6000,三轴加速度仪MUP6000,高精度数字空气压力传感器MS5611,三轴磁力计,高精度6M-GPS,3DR RADIO与无人机实时通信,实现对无人机姿态的控制和地理坐标的检控。以APM无人机开源程序为基础,修改程序代码,依靠三轴陀螺仪和三轴加速度仪对无人机的姿态进行修正,利用GPS和气压高度计的信号对无人机的航向、位置进行修正,使无人机的飞行姿态更加稳定。实际测试表明：该无人机具有一键返航、一键定高、预先设置航点飞行、地面站实时监控和超视距巡航等功能,能够用于航拍航测等领域。     

无线传感器网络人体姿态识别算法

根据无线传感器网络与人体姿态识别技术的特点,设计了一套基于CC2430微控制射频芯片、MMA7260QT三轴模拟加速度传感器和人机交互图形界面的人体姿态识别系统.提出了一种人体姿态识别算法,通过实验论证了该算法的合理性和可行性,为后续应用开发奠定了基础.     

基于MEMS的数据手套传感技术研究

目前主流的数据手套采用机械式、光纤式或者图像识别等方法来获取手势姿态,本文提出利用MEMS传感器（三轴陀螺、三轴加速度计和三轴磁阻）,根据惯性测量原理,采用基于四元数解算的扩展卡尔曼滤波信息融合方法来获得手指全姿态信息的方法。基于MEMS传感器设计的数据手套,穿戴方便,运动自由度大,抗干扰能力强,且不受光线条件的约束。测试和实验的结果表明,基于MEMS传感技术的数据手套稳定可靠,具有一定的创新性和实际应用参考价值。     

气流式补偿回路传感器

提出将气流式水平姿态传感器和角速度陀螺构成补偿回路传感器,通过气流式补偿回路传感器的原理分析和结构设计,陀螺信号消除了干扰加速度对水平姿态传感器信号的干扰,提高了运动载体水平姿态输出信号的精确度。此传感器不仅能进行静态倾角测量,而且能抑制动态情况下加速度对水平姿态传感器输出信号的干扰,使动态水平姿态输出信号也能达到很高的精度,同时还可输出角速度信号。利用单片机对传感器零位电压、灵敏度随温度变化及非线性度进行补偿,能显著提高传感器的线性度,展宽工作温度     

SlimAHRS九轴小型姿态平衡测量系统

AHRS称为航姿参考系统包括多个轴向传感器,能够为飞行器提供航向,横滚和侧翻信息,这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息.AHRS原本起源于飞行器相关技术,但是近几年随着成本的器件成本的不断降低 也被广泛的应用于机动车辆与无人机,工业设备,摄像与天线云台,地面及水下设备,虚拟现实,生命运动科学分析等需要三维姿态测量的产品中.本系统SlimAHRS采用全固态MEMS三轴陀螺、三轴加速度、三轴磁场计,运算单元使用高速CortexM3处理器,可高速输出姿态及传感器信息,支持3D全姿态输出,无奇异点,满足快速响应要求.     

基于MIMU的人体三维姿态检测系统设计

人体三维姿态检测技术在健康监护、人机交互、动作捕捉等领域具有重要的应用价值.传统的检测方法如基于计算机视觉的的动作捕捉识别,识别算法复杂,计算量大,设备成本高,无法广泛推广.本文研究一种基于微惯性测量组合(MIMU)的人体三维姿态检测系统,采用三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁传感器,实时检测人体的三维姿态参数,并通过四元数法计算人体姿态坐标.使用OpenGL绘制人体模型,可实时模拟人体三维姿态.     

基于Tiva C系列处理器的四旋翼飞行控制系统设计

本文主要对四旋翼飞行控制系统进行了研究,设计了一款基于德州仪器Tiva C系列处理器的四旋翼飞行控制系统,该系统以TM4C123G微处理器为核心,九轴传感器MPU9250和气压传感器BMP280等作为姿态检测部分,包括处理器模块、姿态检测模块和电机驱动模块、电源模块等,采用四元数互补滤波算法作为姿态解算算法,以PWM控制的方式实现对飞行器的控制。     

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。     

微小型无人机数据链分发系统研究

当前微小型无人机系统还没有完整的数据链,数据分发难以实现,战场信息得不到共享,针对这一问题,对微小型无人机数据链进行研究,并提出战场数据分发解决方案,为建立完整的微小型无人机数据链传输系统奠定理论基础。     

Quaternion-based extended Kalman filter for determining orientation by inertial and magnetic sensing

In this paper, a quaternion based extended Kalman filter (EKF) is developed for determining the orientation of a rigid body from the outputs of a sensor which is configured as the integration of a tri-axis gyro and an aiding system mechanized using a tri-axis accelerometer and a tri-axis magnetometer. The suggested applications are for studies in the field of human movement. In the proposed EKF, the quaternion associated with the body rotation is included in the state vector together with the bias of the aiding system sensors. Moreover, in addition to the in-line procedure of sensor bias compensation, the measurement noise covariance matrix is adapted, to guard against the effects which body motion and temporary magnetic disturbance may have on the reliability of measurements of gravity and earth's magnetic field, respectively. By computer simulations and experimental validation with human hand orientation motion signals, improvements in the accuracy of orientation estimates are demonstrated for the proposed EKF, as compared with filter implementations where either the in-line calibration procedure, the adaptive mechanism for weighting the measurements of the aiding system sensors, or both are not implemented.     

无人机载微型SAR系统设计与实现

针对无人机微型化发展对合成孔径雷达（SAR）系统的微型化需求,该雷达系统设计方案采用调频连续波体制、功能及系统一体化、射频直接调制及数字解调和芯片化设计等技术,降低了系统复杂度,减少了系统的体积、重量和功耗,实现了小体积、轻重量、低功耗的微型 SAR系统。分析了调频连续波体制SAR的成像算法及其地面动目标显示（GMTI）处理技术。通过微型 SAR系统在小型无人机平台上的飞行试验,试验结果验证了系统的有效性和可行性。     

全捷联小型弹药制导系统设计

围绕适用于小型无人机、单兵等平台的微小型弹药制导化需求,提出了基于捷联导引头和捷联惯导的全捷联制导控制方案。针对全捷联体制无法直接提供有效制导信息的问题,导出了惯性视线速率的理论方程及滚转稳定条件下的实用形式,设计了非线性微分器以实现稳定的视线信息数值微分。给出了作为内回路的PI 校正两回路过载驾驶仪。分别进行了机载平台和单兵发射的仿真。结果表明:全捷联技术可以有效解决小射程条件下制导弹药的小型化、精确化,多约束条件下的制导控制系统设计是应用的关键。     

三轴天线角度标校方法

三轴天线系统主要用于对低轨卫星的全空域无盲区跟踪。对于斜转台三轴天线系统,已有的方位-俯仰座架的误差模型及标校方法已不适用。依据三轴天线系统的特点,分析研究了三轴天线系统的各项误差,提出了三轴天线系统误差修正的数学模型和标校的具体方法,并结合三轴天线实测数据进行了试验验证。该标校方法已应用于实际工程中,取得了良好的效果。     

三轴卫星天线降低能耗研究

针对三轴遥感卫星天线用户任务逐渐增多,消耗的能源越来越多的现状,简要介绍了天线控制系统的功能和组成。以功耗测试数据为依据,分析了三轴遥感卫星天线的能耗情况,从缩短天线闭环等待时间、第三轴下电抱闸等方面讨论了降低功耗策略和措施,并提出一种智能化力矩偏置控制的设计,通过智能力偏设置电路去除力矩偏置值,有效控制和降低设备的能耗。     

面向摔倒监测的纽扣型可穿戴式节点系统

摔倒作为世界第二大意外伤害死亡的诱因,已严重威胁到老年人的身心健康,因而摔倒监测日益变得紧迫。摔倒监测的可穿戴式节点系统的主要目的是监测到摔倒行为并进行及时的报警,从而可以大大减小由摔倒带来的伤害。本系统是基于三轴加速度传感器采集人体的运动信号,利用人体运动时加速度特征的改变,提出了一种准确度高稳定性好的SVM分类算法进行二元分类,区别摔倒与日常活动, 并将结果实时显示在Android手机客户端。实验结果表明,本可穿戴式节点系统能够较好地实现摔倒行为的连续监测,正检率可达94.8%。     

基于北斗/惯导与多传感融合的无人机参数矫正方法研究

针对无人机飞行过程中姿态、定位以及高度参数不精确的问题,提出基于北斗/惯导与多传感器融合的无人机参数矫正方法,介绍了在北斗/惯导组合系统中融合气压传感器与速度传感器的采集参数,结合卡尔曼滤波器算法推算最优定位值。由速度传感器提供具体参数给惯导系统,并利用加速度与航偏角之间的关系预测无人机轨迹,结合北斗系统当前定位参数推算出最优值,将运算得到的无人机参数通过无线通讯的方式发送到终端进行存储显示。结果表明:采用多传感融合方式矫正的方法有效提高飞行轨迹与姿态的监测精度,定位精度达到3m,为操控无人机提供了有力的理论依据。     

A hardware in the loop simulation platform for vision-based control of unmanned air vehicles

Design and testing of control algorithms for unmanned air vehicles (UAV’s) is difficult due to the delicate and expensive nature of UAV systems, the risk of damage to property during testing, and government regulations. This necessitates extensive simulation of controllers to ensure stability and performance. However, simulations cannot capture all aspects of a flight control, such as sensor noise and actuator lag. For these reasons, hardware in the loop simulation (HILS) platforms are used. In this paper, a novel HILS platform is presented for vision-based control of UAV’s. This HILS platform consists of virtual reality software to produce realistic scenes projected onto a screen and viewed by a camera. Flight hardware includes an UAV with onboard autopilot interfaced to the virtual reality software. This UAV can be mounted in a wind tunnel, allowing attitude regulation through servoing the airfoils.