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某小型无人机机载软件的设计

作　者: 方国军
导　师: 王海涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 无人机 DSP 机载软件模块化地面测控软件系统联调仿真
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 321次
引　用: 2次
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内容摘要

由于无人机具有低成本、零伤亡、可重复使用和高机动等特殊优势,因此深受世界各国军队的广泛欢迎,近年来得到了快速发展。本论文工作的重点是基于DSP的自制硬件平台的小型无人机机载软件和地面测控软件的设计开发,以及整个系统的联调仿真试验。概括了无人机的特点、用途、分类及其在战争中的应用后,介绍了本文的课题来源及其研究内容。在本论文工作中,分析了无人机机载软件的功能需求,对机载软件框架进行了详细设计,按模块化设计思想将软件划分成核心管理、串行通信、周期任务、控制输出、容错控制等九大功能模块。以混合编程方式完成了各个模块的编程开发,并对每个模块进行了调试,验证了其设计的正确性,并且就本软件采用的抗干扰措施进行了阐述。基于LabVIEW平台上,设计和开发了具有指令上传、数据装订、遥测数据的接收、显示、存储、回放等功能的地面测控软件,用来实现对无人机的地检测试和空中遥控遥测的功能。通过地面测控软件和机载软件的配套联合仿真试验,对机载软件的系统功能进行调试和检测。系统的联调结果表明,各个模块之间能很好的协调工作,并具有较强的实时性和较强的容错能力,能够完成预先设定的各种控制任务,说明机载软件和地面测控软件都已经达到了课题的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-19
  1.1 引言  14
  1.2 无人机的发展及应用  14-16
  1.3 无人机飞行控制系统  16-17
  1.4 课题来源及研究内容  17-18
  1.5 论文章节内容的安排  18-19
第二章无人机飞控系统硬件平台简介  19-22
  2.1 飞控计算机的总体平台  19-20
  2.2 各个模块板的简介  20-21
  2.3 小结  21-22
第三章无人机飞控系统软件平台的设计  22-65
  3.1 机载软件的设计概述及功能需求分析  22-23
  3.2 机载软件使用状态字的设计  23-24
    3.2.1 无人机状态字  23-24
    3.2.2 无人机控制信息状态字  24
  3.3 机载软件的结构与设计  24-25
  3.4 系统初始化模块  25-28
    3.4.1 硬件环境的初始化  25-27
    3.4.2 软件环境的初始化  27-28
  3.5 核心管理模块  28-33
    3.5.1 主程序模块  29
    3.5.2 串口数据检测模块  29
    3.5.3 离车检测模块  29-30
    3.5.4 指令预处理模块  30-31
    3.5.5 核心管理模块的调试  31-33
  3.6 串行通信模块  33-36
    3.6.1 串行通信收发模块的设计  33-35
    3.6.2 串行通信模块的调试  35-36
  3.7 遥控输入模块  36-39
    3.7.1 遥控指令判断模块  36
    3.7.2 飞控指令加载模块  36-37
    3.7.3 调节模块  37
    3.7.4 遥调模块  37-38
    3.7.5 遥控输入模块调试  38-39
  3.8 航路规划类模块  39-42
    3.8.1 航路装订  40
    3.8.2 航路删除  40
    3.8.3 航路选择  40-41
    3.8.4 航路规划模块的调试  41-42
  3.9 控制输出模块  42-45
    3.9.1 起飞控制指令  42-43
    3.9.2 纵向控制指令  43-44
    3.9.3 安全指令  44
    3.9.4 控制输出模块的调试  44-45
  3.10 周期任务模块  45-51
    3.10.1 A/D 传感器信号的采集处理  45-48
    3.10.2 数字滤波及有效性转换  48
    3.10.3 控制律解算  48-49
    3.10.4 D/A 舵面控制量的输出  49-50
    3.10.5 周期任务模块的调试  50-51
  3.11 容错控制模块设计  51-58
    3.11.1 飞行状态实时备份程序模块设计  51-52
    3.11.2 遥控指令接收备份程序模块设计  52-53
    3.11.3 遥控已执行备份程序模块设计  53
    3.11.4 系统恢复程序模块的设计  53-54
    3.11.5 指令相容性判断模块的设计  54-55
    3.11.6 容错控制模块调试  55-58
  3.12 辅助功能模块设计  58-62
    3.12.1 系统中断的管理模块  58
    3.12.2 CRC 校验模块  58-59
    3.12.3 控制变量软化模块  59
    3.12.4 指令解析模块  59-60
    3.12.5 机箱温度控制模块  60
    3.12.6 程序段控制模块  60-61
    3.12.7 辅助功能模块的调试  61-62
  3.13 软件的抗干扰技术  62-64
    3.13.1 机载软件抗干扰设计  62-64
  3.14 小结  64-65
第四章基于LabVIEW 的地面测控软件的设计  65-73
  4.1 LabVIEW 开发平台简介  65-66
  4.2 地面测控软件功能需求分析  66-67
  4.3 地面测控软件内部功能模块的设计  67-72
    4.3.1 数据上传模块设计  67-69
    4.3.2 遥测数据的接收处理模块设计  69-70
    4.3.3 遥测数据帧解码和显示模块设计  70-71
    4.3.4 遥测数据存储与回放设计  71-72
  4.4 小结  72-73
第五章系统联调仿真试验  73-82
  5.1 系统联调仿真平台搭建  73-74
  5.2 系统联调仿真试验  74-81
  5.3 小结  81-82
第六章总结与展望  82-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
攻读硕士期间论文发表情况  87

某小型无人机机载软件的设计

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