无人机主被动安控地面站的设计与实现

摘要

随着航天科技水平的迅速发展及国防工业能力的快速提升，无人飞行控制技术逐渐成为航空航天领域的重点发展方向。目前新型无人机呈现出“速度快”、“高机动”、“高精度”等众多新特点。同时，无人机的飞行试验环境同以前相比也显得更为复杂，电磁环境复杂、航区周围受保护目标众多等因素对无人机试验的安全性与可靠性提出了更高的要求。如何在现有安控条件的基础上，提高安控系统的可靠性与有效性，以适应新形势下的飞行试验安全要求，是当前无人机安控技术领域亟需解决的问题。 本文通过对现有国内外文献的查阅与学习，对无人机安控系统现状进行分析与研究，以提高无人机安控系统的可靠性和有效性为出发点，针对当前无人机安控技术领域急需解决的问题，完成了以下工作。 (1)分析了无人机飞行中存在的主要安全隐患，阐述了无人机安控系统的关键知识，从安控系统基本工作原理，工作模式，安控判定原则等方面出发，设计了一种基于数据实时采集、编码、传输、存储的主被动安控地面站，完成了无人机指令和机载数据的实时双向传输，成功实现了无人机在试验航区的自主和被动安全控制。 (2)结合硬件设计原则与地面站设计的总体要求，确定了基于AT89S52单片机为核心的硬件设计平台，在设计过程中充分考虑各模块之间的兼容性，针对综合控制器、通讯控制器、数传电台、数据存储器及稳压电源进行了具体设计。同时加入了光电隔离、加入滤波电容等必要的抗干扰措施，来消除外界对系统产生的干扰，提高了系统的稳定性和可靠性。 (3)从安控地面站软件、数字仿真试验平台软件设计、显控一体机软件设计着手，对主被动安控地面站软件系统进行了详细的分析设计，对综合控制电路、数字航路生成、GPS输出子系统，数据的采集、编码、传输、显示等各功能模块的设计与实现进行了重点分析研究。 (4)在搭建半实物仿真试验平台的基础上，对系统的可靠性进行了分析;对本文设计的主被动安控地面站进行了动态仿真测试和实际飞行试验中的应用研究，通过对仿真与试验数据进行了详细的分析，实践结果表明，本文设计的安控系统，达到了预期控制效果。

目录

声明

摘要

1．1选题背景及研究意义

1．2国内外相关领域研究动向

1．2．1 无人机的研究现状及发展动态

1．2．2 地面站的研究现状及发展动态

1．2．3无人机安控系统的研究现状

1．3我国研究现状及面临的新问题

1．4主要研究内容

第2章无人机安控系统工作原理

2．1无人机主要飞行安全隐患

2．2无人机安控相关知识

2．2．1试验航区

2．2．2安控保护目标

2．2．3 安控实施策略

2．2．4相关坐标系及相互转换关系

2．3无人机安控系统

2．3．1无人机安控系统组成

2．3．2系统工作原理

2．3．3 系统工作模式

2．3．4安控判定原则

2．4本章小结

第3章主被动安控地面站系统模型设计

3．1主被动安控地面站功能要求

3．2主被动安控地面站总体设计

3．3主被动安控地面站硬件设计

3．4主被动安控地面站软件设计

3．5本章小结

第4章系统硬件设计

4．1硬件设计原则

4．2地面站设计要求

4．3单片机的选择

4．4综合控制电路的设计与实现

4．4．1传输模块设计

4．4．2串口通讯电路设计

4．4．3晶振电路设计

4．4．4复位电路设计

4．4．5在线编程模块设计

4．5数传电台的选择与改进

4．5．1数传电台主要技术指标

4．5．2数传电台工作模式

4．6数据存储器的选取

4．7稳压电源

4．8本章小结

第5章系统软件设计

5．1软件设计概述

5．2安控地面站软件设计

5．3数字仿真试验平台软件设计

5．3．1数字航路生成子系统设计

5．3．2 GPS输出子系统设计

5．4显控一体机软件设计

5．4．1 实时接收遥测信号、解码、显示模块设计

5．4．2数据存储子系统设计

5．4．3协议转换子系统设计

5．4．4数据回放子系统设计

5．5本章小结

第6章主被动安控地面站可靠性分析及应用

6．1系统可靠性分析

6．1．1可靠性试验的基本概念

6．1．2可靠性指标

6．1．3安控地面站的可靠性设计

6．2主被动安控地面站的应用

6．2．1 无人机安控系统的动态仿真测试

6．2．2主被动安控地面站实时监控

6．2．3 主被动安控地面站组网方案设计

6．3本章小结

第7章总结与展望

参考文献

致谢