小型无人机地面站软件设计

摘要

无人机凭借自身的特点以及相比较于载人飞机无可比拟的优势，不仅在军用领域得到广泛运用，而且也在各个民用领域大放异彩。本文对于作为无人机系统指挥控制中心和信息处理中心的无人机地面站软件平台的开发做了详尽的设计及研究。 本文从无人机地面站软件平台的发展研究现状及发展趋势着手，研究了无人机地面站的总体功能框架及实现途径。根据模块化的程序设计思想，分别设计实现了串口通信模块、数据处理模块、虚拟仪表和飞行姿态三维显示模块、电子地图模块以及航迹规划模块的功能。整个地面控制站软件平台的大部分功能是基于LabVIEW开发环境实现的，借助VISA驱动编程实现串口通信软件功能，接收由通信链路传来的无人机飞行数据，并能向无人机发送控制指令；利用LabVIEW开发特点、丰富的扩展函数库，设计实现了对飞行数据信息的存储与读取、对飞行姿态的实时模拟显示等模块功能；并借助丰富的显示操作控件设计了简洁高效的软件界面，实现了文本与仪表两种不同的数据显示以便于操作人员对无人机飞行状态的掌控；通过对MapX地图插件进行二次开发，实现了电子地图的相关操作及无人机经纬度位置信息的实时定位显示；最后针对无人机实际飞行任务中存在复杂的条件制约及已知威胁区域的问题，在传统A-Star航迹搜索算法的基础上增加关于最大航向角、最小航迹段长度以及最大航程的条件约束，并对算法本身和代价函数的计算方法进行了改进。通过MATLAB编程，实现了对算法的改进与仿真，并借助设计的坐标转换程序实现航迹规划算法的实际应用。 本软件平台基于Windows便携式计算机进行开发测试，考虑到高昂的无人机在线测试成本，采取在计算机之间进行RS232串行通信来模拟无人机与地面站之间的通信与控制。通过设计的模拟飞行数据信息，测试了软件各个模块功能的正常运行，验证了软件平台的性能满足应用需求。

目录

第一章 绪论

1.1无人机介绍

1.2无人机系统

1.3无人机地面站系统

1.4国内外研究现状

1.5课题研究目标及工作内容

第二章 地面站软件平台的总体设计

2.1地面站软件平台的设计要求

2.2地面站软件平台的总体结构

2.3地面站软件平台的工作流程

2.4地面站软件平台的界面设计

2.5 开发工具简介

2.6本章小结

第三章 通信控制与数据处理

3.1 功能要求分析

3.2 无线数传电台

3.3串口通信软件的设计

3.4 通信协议

3.5 数据解析程序设计

3.6 数据存储及数据回放模块设计

3.7 虚拟仪表显示模块设计

3.8 飞行姿态三维展示程序设计

3.9 本章小结

第四章 电子地图的开发

4.1 电子地图功能模块要求分析

4.2 电子地图模块设计方案分析

4.3 MapX简介

4.4 地图基本功能的实现

4.5本章小结

第五章 无人机航迹规划的研究及应用

5.1 A-Star算法介绍

5.2 网格地图中的启发式函数

5.3威胁建模与分析

5.4 A-Star算法改进

5.5 算法流程及实现

5.6 仿真结果及实验对比分析

5.7 仿真航点坐标到地理坐标的转换

5.8 本章小结

第六章 无人机地面站软件测试

6.1 串口通信模块的测试

6.2仪表及飞行姿态三维模拟显示测试

6.3电子地图功能模块测试

6.4经纬度航点坐标转换测试

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

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