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小型无人直升机地面监控系统的设计与开发

作　者: 王辉
导　师: 胡飞
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 无人直升机地面监控无线通信地理信息系统
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

相比于其它类型的无人飞机,小型无人直升机具有体积小、重量轻、能够适应复杂多变的环境等优势。凭借自身的优势,小型无人机正在得到日益广泛的应用,如航拍、搜救、军事侦察、地形勘测等。地面监控系统是小型无人直升机系统的重要组成部分,其开发越来越受到国内外相关科研机构的重视,针对其所涉及的关键问题和开发技术进行研究,对小型无人直升机系统的工程研发和实际应用有着重要意义。本论文主要研究小型无人机地面监控系统的设计与实现,并负责完成监控系统的软件编程及功能实现工作。其主要研究内容如下:(1)分析了小型无人机地面监控的功能,结合无人直升机项目的特点,完成系统监控软件的功能、结构总体设计。(2)设计、实现了无人直升机地面监控系统和机载控制系统的无线通信功能。(3)基于地理信息系统(GIS),实现了飞行任务航迹规划,实时航迹显示及历史航迹再现等功能。(4)实现了飞行数据实时处理功能,包括飞行状态监控、数据存储、数据分析等模块、并支持以曲线,图形等多种方式进行可视化显示等。(5)完成了系统标定和控制参数设置等模块的开发与实现。(6)通过室内飞行试验、野外飞行试验,验证了系统设计与实现的正确性。本文所设计实现的小型无人直升机地面监控系统,在项目实施的过程中,整个系统运行良好,为小型无人机系统的研制完成提供了保证。该监控系统软件采用面向对象的开发方式,扩展性良好,为进一步的地面监控系统扩展研究,如:超远距飞行、多站监控系统等,奠定了良好的基础。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 背景  10-11
  1.2 论文研究目标及主要工作内容  11-13
    1.2.1 研究目标  11-12
    1.2.2 主要工作内容  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-16
    1.3.1 台湾成功大学  13-14
    1.3.2 新加坡国立大学  14
    1.3.3 美国UAV Flight Systems 公司  14-15
    1.3.4 加拿大MicroPilot 公司  15-16
    1.3.5 国内发展现状  16
  1.4 论文结构  16-17
  1.5 本章小结  17-18
2 相关技术介绍  18-28
  2.1 软件开发环境  18-19
    2.1.1 VC++开发环境  18-19
    2.1.2 MFC  19
    2.1.3 MFC 文档/视图结构  19
  2.2 电子地图  19-22
    2.2.1 地理信息系统（GIS）  20
    2.2.2 电子地图开发工具  20-22
  2.3 串口通信  22-25
    2.3.1 基本概念  23
    2.3.2 串口的操作方式  23-24
    2.3.3 常用串口通信实现方法  24-25
  2.4 无线通讯设备  25-27
  2.5 本章小结  27-28
3 地面监控系统总体设计  28-37
  3.1 无人直升机系统结构  28-29
  3.2 地面监控系统设计要求和方案  29-33
    3.2.1 开发环境要求  29
    3.2.2 功能要求  29-30
    3.2.3 性能要求  30-31
    3.2.4 系统方案设计  31-33
  3.3 地面监控系统软件设计  33-36
  3.4 本章小结  36-37
4 系统设计与实现  37-69
  4.1 系统通讯模块的设计与实现  37-46
    4.1.1 无线通讯协议  37-38
    4.1.2 无线通讯数据包  38-39
    4.1.3 无线通讯数据打包与解析  39-41
    4.1.4 无线通信任务指令  41-42
    4.1.5 获取串口信息  42-43
    4.1.6 有线UDP 网络实现  43-46
  4.2 导航系统与GIS 模块的设计与实现  46-53
    4.2.1 导航系统  46-47
    4.2.2 加载MapX  47-48
    4.2.3 载入地图  48
    4.2.4 地图操作  48-49
    4.2.5 地图坐标变换  49-50
    4.2.6 航迹规划  50-52
    4.2.7 航迹显示  52
    4.2.8 历史航迹再现  52-53
  4.3 实时数据处理模块的设计与实现  53-64
    4.3.1 数据流框架  54-55
    4.3.2 数据监控  55-60
    4.3.3 数据存储  60-62
    4.3.4 错误报警  62-64
  4.4 参数配置管理  64-67
    4.4.1 系统标定  64-66
    4.4.2 控制参数设置  66-67
  4.5 可调度性分析  67-68
  4.6 本章小结  68-69
5 测试与验证  69-82
  5.1 软件测试与实时性分析  69-75
    5.1.1 测试方法  69-70
    5.1.2 测试参考资料  70
    5.1.3 软件功能测试  70-73
    5.1.4 实时性测试  73-75
  5.2 飞行实验验证  75-81
    5.2.1 飞行实验环境  75-76
    5.2.2 飞行实验  76-81
  5.3 本章小结  81-82
6 总结与展望  82-84
  6.1 本文总结  82-83
  6.2 展望  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  88-90

小型无人直升机地面监控系统的设计与开发

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