一种飞行巡线机器人的设计与实现

针对2019年全国大学生电子设计竞赛中要求设计制作一款四旋翼飞行器的巡线机器人来实现对电力线路进行自动巡检、巡查和巧遇故障时自动拍照存储记录等功能,设计提出了一种基于四旋翼飞行器的巡线机器人的设计方案。采用高性能微控制器TM4C123GH6PM作为巡线机器人的飞控主处理器,为了满足自动巡检任务,在飞控板上增加了视觉Open MV传感器、姿态传感器和超声波模块协同作用来识别线缆、定高和测距。实验结果表明,设计的四旋翼巡线机器人能够在多种飞行速度和无路径规划条件下完成正常的电力线路巡检任务。     

传感器系统在微型飞行器上的应用

传感器采集信息为飞控系统决策提供判断依据。GPS信息、飞行器姿态等都是其重要组成部分。它们的精确度关系到飞行器飞行的可靠性和稳定性,在飞行器研究领域得到越来越多的关注。文章依托传感器简要研究了飞控系统飞行策略、信息采集、姿态纠正等关键技术,对飞行器设计具有一定的参考价值。     

基于飞控信号频谱特征的无人机检测与识别系统设计

随着民用无人机的普及,无人机“黑飞”事件频频发生,给公共安全带来极大隐患。为了实现对“黑飞”无人机的有效 监管,设计了基于飞控信号频谱特征的无人机检测与识别系统,该系统以FPGA为控制与运算核心,采用AD9361射频收发 模块实现无线电信号采集,采集的信号送至FPGA后,进行信号预处理、短时傅里叶变换法(STFT)、飞控信号特征提取、飞控信号检测与识别等算法处理,完成无人机的检测与识别,识别结果传输到上位机显示,该系统能够快速实现对多架无人机同时进行探测识别,可识别出无人机具体型号、参数、数目,具有实际应用价值。     

基于三维图像分析的运动损伤姿态采集方法研究

针对传统运动损伤采集方法一直存在采集信息不精准、信息采集不全以及采集图像不连贯性等问题,提出基于三维图像分析的运动损伤姿态采集方法。引入三维图像分析对运动图像进行损伤分析定位,利用三维图像对运动损伤姿态采集是一项先进的科研项目。通过三维图像的姿态鉴定完成对运动损伤姿态信息采集,可以弥补二维图像不连续的弊端。通过对比实验结果得到结论,该设计方法能够准确地采集损伤姿态信息,无推算连续值,定位过程中使用三维图像能够多角度地分析损伤姿态。     

基于DSP28335双核飞控计算机的实现

针对无人机(UAV)飞控计算机的接口丰富、浮点运算效率高、可靠性高等要求,设计了一种基于双TMS320F28335(简称DSP28335)架构设计的无人机飞控计算机,一核专用于导航信息的解算和传感器信息的综合处理,另一核专用于控制律解算和机载任务管理。借助此双CPU架构,实现了飞控计算机强大的运算与信息处理能力,以及丰富的片上资源,并且电路结构简化,CPU降额使用,系统可靠性高。该双核飞控计算机被成功应用于某微型测姿系统的组合导航信息采集处理及Kalman滤波算法的姿态漂移校正。     

基于视觉处理的四旋翼无人机自主导航系统设计

文章论述的四旋翼无人机由两个核心部分组成,其一,是以安装有OpenCV库的树莓派为核心的视觉识别部分,其二,是以Ti公司的C2000芯片为核心的飞控部分。系统通过树莓派检测周围环境,获得当前飞行器的姿态以及相对于目标的位置矢量,将数据按格式打包并交付至飞控芯片,经过飞控计算处理,控制无人机姿态以到达指定目标位置。     

基于DM642和CPLD的图像采集处理系统设计

针对传统视频采集设备体积比较大、处理功能简单、灵活性不强等不足,提出了一种基于DM642和CPLD图像采集处理系统的解决方案。系统由DM642通过配置TVP5150视频解码芯片读取视频图像数据,并进行图像处理,SAA7121H视频编码芯片完成处理后输出图像,CPLD芯片作为系统逻辑控制。实验结果表明,该系统达到预期的效果。后续该系统将用于红外热成像的大空间火灾探测。     

四旋翼自主飞行器跟踪系统设计

此飞行器跟踪系统是针对四旋翼飞行器具有图像采集处理、目标追踪、姿态控制以及定高飞行的要求进行设计的。该系统采用RX23T和STM32f407VG作为系统的主控芯片, MPU6050三轴陀螺仪作为飞行姿态反馈机构。定高飞行是通过超声波模块实时采集的对地高度数据, 并由STM32f407VG进行处理, 然后根据程序设定的高度值实时调节无刷电机的转速。摄像头进行图像信息采集, 图像通过RX23T对目标的颜色进行识别反馈给STM32f407VG进行处理, 最后调节电机转速以达到目标追踪。测试结果表明, 该系统定性与准确性达到设计要求。     

一种通用图像处理平台的设计方法

为了满足不同波段图像传感器的使用要求,研制了一种通用的图像处理平台.该平台采用CPLD作为图像数据的采集控制单元,DSP作为核心处理单元.同时对视频信号的预处理电路进行了通用化设计,能够有效保证系统对不同波段的图像信号进行采集和处理.实验结果表明系统通用性好、图像效果理想.     

基于轻小型无人直升机平台的高光谱遥感成像系统

设计并实现了一套基于轻小型直升无人机的高光谱遥感成像系统。该系统包括高光谱成像,采集存储,姿态和位置测量及地面监视控制等部分。在烟台和扬州分别进行了两次飞行实验,获取了高分辨率的高光谱数据。分析了该系统在无人机平台上工作的性能。对实验数据分析后,发现平台姿态和位置的变化对地物目标的光谱信息无明显的影响,但对几何特性有明显影响,实验中平台的振动导致图像在横向有4个像元的抖动。最后利用POS数据对图像数据进行了几何校正,并分析了校正误差的来源。     

飞行器摄像头模块设计及自适应循迹算法研究

针对四旋翼飞行器循迹较为复杂、姿态难以控制的问题,设计了一套完整的摄像头循迹系统模块。为减少对上位机飞行器姿态控制的影响,摄像头采用独立的STM32单片机进行控制。并且配备了按键显示人机交互界面,提高了现场参数调试效率。对循迹路线进行了分析简化,得出四幅场景图像,给出了这些图像的识别判断依据：仅需对图像横向扫描然后判断等差数列的个数,以及是否扫描到黑线的情形来判断区分四幅图像,简化了图像识别步骤,提高了程序执行效率及可靠性。PID调节实验结果表明,该摄像头循迹模块具有较强的自适应抗干扰能力。     

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。     

干涉成像雷达高度计数据处理系统

介绍干涉成像雷达高度计的数据处理系统以及其在首次机载飞行实验中的应用结果。成像雷达高度计数据处理系统是建立在IDL(InteractiveDataLanguage)软件编程平台上。利用该数据处理系统 ,这次实验在获得双天线二维复图像的基础上 ,在国内首次获得单轨双天线的干涉相位图像 ,并最终获得了三维地形图     

基于光电位置传感器的发射轨道空间几何坐标一致性校正系统设计

在现代发射轨道空间弹丸飞行姿态研究中,通过轨道上的多组阴影相机基站瞬态捕捉弹丸姿态图像数据,对图像数据进行处理计算可以获得弹丸的飞行轨迹数据。因此,阴影相机的空间坐标校正对飞行姿态数据的获取以及测量精度有着重要的影响。针对传统悬线型基准系统校正误差大以及因每组相机间独立校正而导致的空间几何坐标校正一致性低的问题,基于光电位置传感器和光学杠杆原理,设计了新型阴影相机空间几何坐标校正系统。阐述了该系统的理论背景、组成以及调校方法,并对该系统进行了实验分析。实验结果表明,采用该系统校正阴影相机俯仰角精度优于10″,单组相机校正实验测量结果误差不超过0.06mm,多组相机校正一致性误差不超过0.1mm。     

基于FlightGear的直升机可视化飞行仿真系统设计

飞行仿真是直升机控制系统研究中必不可少的一个环节.在VC6.0平台下建立了直升机非线性六自由度动力学模型,飞行控制律和飞行指令遥控台,使用串口使三者进行数据传输;同时借助FlightGear模拟器外部数据的输入/输出接口,将飞行仿真数据通过UDP网络传输,驱动FlightGear可视化引擎,实现飞行仿真中天气条件、飞行姿态和地理环境的三维可视化显示.飞行指令遥控台、飞行控制律、直升机动力学模型及视觉仿真软件这四者构成了一个完整的可视化仿真系统,实现对直升机的总体结构和飞行情况直观形象的显示,从飞机的姿态、位置、轨迹变化中发现存在的问题,对控制策略的设计验证和改善提供一定的帮助.     

基于自适应反步跟踪的反馈调整稳定性控制算法

当飞机在大回环飞行中,由于受到空气动力学的扰动较大,需要进行飞行姿态稳定性控制,传统方法采用分段线性化控制方法,在大扰动条件下,飞行过程中各段的控制误差不断方法,导致飞行稳定性不好。提出一种基于自适应反步跟踪的飞行器反馈调整稳定性控制算法。构建大回环飞行中的飞行稳定性控制的参量模型系统,考虑外界干扰的情况下,进行飞行器反馈调整稳定性控制目标函数构建,采用自适应反步跟踪方法拟合控制过程的状态误差响应,实现控制器优化设计。仿真结果表明,采用该算法进行飞行器的稳定性控制,系统误差受到外界扰动的影响较小,控制器的自适应收敛性较高,展示了较好的应用性能。     

基于PID控制的X模式四旋翼飞行器研究

设计了X模式四旋翼飞行器飞行控制系统的总体方案;在此基础上,完成了飞行控制系统的软硬件设计,包括器件选型、硬件电路设计、系统软件设计,并把互补滤波器应用于姿态解算,姿态控制部分采用PID(Proportional Integral Derivative)控制器。通过仿真验证了器互补滤波和PID控制器算法可行性。     

导弹姿态控制系统分布式仿真研究

以某型地地导弹为研究对象,简要介绍了导弹姿态控制系统的功能、原理及分布式仿真方法,并根据导弹姿态控制系统组成特点搭建了分布式仿真回路,回路由嵌入式计算机和现场总线组成。仿真回路包含5个结点,结点之间通过CAN总线连接。在此基础上进行了导弹姿态控制系统分布式仿真试验,对导弹整个主动段的飞行姿态进行了仿真计算,并对仿真结果进行了分析,证明导弹在整个主动段的飞行运动是稳定的。试验也验证了数据在总线上传输的可靠性。     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。