基于嵌入式系统的无人机机载震后搜寻系统的研究与设计

摘要

近年来，全世界陆续发生了多次地震，其中以突发地震居多。在目前的科技水平下，短临地震难以做到准确预测，一旦地震在未能预测的情况下发生，将会对人民的生命财产安全造成巨大的损失。结合实际的救援经验来看，及时获取被困人员位置信息和生命状态信息能够最大程度的帮助救援人员快速、有效的展开救援工作。因此对地震发生后被困人员的位置探测和信息获取的研究，具有十分重要的意义。
　　本文首先阐述了无人机机载震后搜寻系统的研究背景和国内外发展现状，提出了课题研究的目的和意义，然后对震后搜寻系统的工作原理和关键技术进行了深入细致的分析。本文研究设计了一套基于ARM和Linux的嵌入式无人机机载震后搜寻系统，该系统主要包括机载搜寻平台和地面显示平台，为获取被困人员的位置信息和生命状态信息搭建了应用平台。在此基础上，为了使无人机在废墟上空稳定飞行，具有较强的抗风干扰能力，对无人机的飞行控制策略进行了研究，选取了一种最优的控制算法。
　　在硬件设计方面，以S3C2440A为核心处理器，控制测距传感器、生命探测传感器、图像采集模块、4G通信模块和北斗模块，实现了对被困人员位置信息和生命状态信息的获取，并实时将这些信息发送到地面显示平台。在软件设计方面，采用了Linux操作系统，设计了超声波测距程序、图像采集程序、4G通信程序和北斗定位程序，基于Qt嵌入式图形库在PC机上设计了震后搜寻系统的显示平台，将机载搜寻平台传回的数据存储并显示在Qt/GUI界面上，实现了震后搜寻系统的人机交互功能，为救援人员快速有效的展开救援工作提供帮助。
　　在无人机的飞行控制方面，根据四旋翼无人机的工作原理，搭建了四旋翼无人机的动力学模型，基于该动力学模型，通过MATLAB/Simulink分别搭建了PID控制算法和自抗扰控制算法的仿真平台，对二者在无人机飞行控制中的稳定控制效果和抗风干扰性能进行了对比研究。仿真结果表明自抗扰控制算法在快速性、准确性和抗风干扰性能方面比PID控制算法更具有优势。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目的与意义

1.4 论文主要研究内容与章节安排

第2章 系统总体方案设计

2.1 需求分析

2.2 系统方案论证

2.3 系统总体方案设计

2.4 本章小结

第3章 硬件平台设计

3.1 主控芯片及其最小系统

3.2 存储器接口电路

3.3 电源电路

3.4 传感检测平台设计

3.5 辅助模块设计

3.6 本章小结

第4章 无人机平台飞行控制系统

4.1 四旋翼无人机的工作原理

4.2 四旋翼无人机的动力学模型

4.3 四旋翼无人机飞行控制系统与仿真平台搭建

4.4 基于PID的四旋翼无人机飞行控制系统与仿真

4.5 基于自抗扰控制算法的四旋翼无人机飞行控制系统

4.6 PID与自抗扰控制算法的抗风干扰性能比较

4.7 本章小结

第5章 软件平台设计与调试

5.1 操作系统平台搭建

5.2 超声波测距传感器程序设计

5.3 辅助模块软件设计

5.4 地面数据接收与显示平台设计

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文