微型飞行器定高系统研究与设计

摘要

微型飞行器是新技术发展的必然产物，是目前国内外研究的一个前沿和热点问题。 针对微型飞行器特殊的定高需求，本文设计了一种利用信标节点做参考点的定高系统。系统由GPS和无线数字通信测距系统构成，将GPS的精确定位与直线距离测量结合起来，从而实现微型飞行器的高度测定。系统采用高度集成的片上系统，并嵌入了实时操作系统，以提高系统的智能化程度。 本文首先从研究背景和理论技术基础方面，阐述了微型飞行器在军事中的应用和定位定高要采取的技术手段。 接着针对硬件电路和操作系统μ C/OS—Ⅱ的移植两个方面，详细的介绍了系统设计的方案和具体过程。硬件部分包括MCU模块、GPS模块、通信测距模块等。软件部分主要是μC/OS—Ⅱ嵌入式操作系统在C8051F120芯片上的移植和应用程序。 最后通过系统样机测试，验证了该方案的可行性。 本文的创新在于：基于数字式的测距，使测距和通信功能融为一体，是测距方法上的创新；GPS定位与直线距离测量相结合，是基于信标的定位创新；定高系统中嵌入实时操作系统，以提高系统的智能化程度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2研究动机与目的

1.3研究方法

1.4论文架构

2技术理论基础

2.1无线电测距技术

2.1.1抵达时间(Time-of-Arrival：TOA)估计法测距

2.1.2抵达时间差(Time-Difference-of-Arrival：TDOA)测距

2.1.3信号强度测距(Signal Strength Ranging：SSR)

2.1.4近场区电磁测距(Near-Field EM Ranging：NFER)

2.1.5抵达角度(Angle-of-Arrival：AOA)定位

2.1.6小结

2.2空间定位技术

2.2.1 GPS定位

2.2.2雷达定位

2.2.3多基地测量定位

2.3嵌入式技术

2.3.1嵌入式系统

2.3.2嵌入式操作系统

2.3.3嵌入式实时操作系统μ C/OS-Ⅱ

2.3.4嵌入式应用软件

2.4小结

3系统设计

3.1总体方案设计

3.2硬件电路设计

3.2.1硬件电路框图

3.2.2芯片和模块

3.2.3硬件电路设计

3.2.4 PCB板的设计和调试

3.3软件模块设计

3.3.1通信协议

3.3.2算法和测量精度问题

3.3.3 μC/OS-Ⅱ在MCU上的移植

3.3.4 GPS模块

3.3.5测距和定高计算模块

3.4系统整合

3.5小结

4系统测试实验及结果分析

4.1系统样机简介

4.2系统通信距离与误帧率测评实验

4.3 GPS数据接收实验

4.4无线电测距实验

4.5软件定高测评实验

4.6小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果