无人机天线自动跟踪系统的设计

摘要

当前，随着无人机的快速发展，如何实现无人机与地面之间快速、准确的通信已成为无人机测控系统研究的关键问题。无人机天线自动跟踪技术，可以在无人机飞行过程中，根据无人机位置控制天线自动对准无人机，使天线实时跟踪无人机，以保证正常的通信。因此，对天线自动跟踪系统的研究具有重要的意义。本文以定向天线自动跟踪小型无人机为研制背景，通过深入分析与研究，设计了一种无人机天线自动跟踪系统。本系统以STM32F107VCT6为核心控制器，利用GPS测量无人机与系统的相对位置，结合电子罗盘反馈的天线姿态信息，控制定向天线对准无人机。
　　本研究主要内容包括：⑴在分析无人机天线自动跟踪技术研究背景与现状的基础上，提出设计一种基于GPS的无人机天线自动跟踪系统。根据需求分析，对系统进行了总体设计，概述了系统总体结构及各模块功能。⑵在系统总体设计的基础上，进行了硬件电路总体设计和各模块详细设计。其中，主控模块以STM32F107VCT6为控制核心，分别设计了电源电路、时钟电路和复位电路，并设计了SWD接口进行系统调试。此外，对传感器模块、舵机接口电路、以太网模块、WIFI模块和外部接口电路进行了具体的电路设计。⑶开发了系统各模块驱动程序和天线转角的解算算法。在明确了系统软件架构和运行流程的基础上，实现对GPS模块、电子罗盘模块和舵机控制模块的驱动程序开发。对天线转角的解算提出运用简化了的圆球模型算法，对由于GPS信号遮挡导致的系统无法及时跟踪到无人机的问题，提出运用一种基于速度对位置进行预测平滑的控制策略，提高系统跟踪的稳定性。⑷对系统进行了静态模拟测试、动态模拟测试和实际飞行跟踪测试。测试结果验证了系统设计方案的与正确性与可行性，满足无人机天线自动跟踪系统的功能和性能要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 研究内容和章节安排

第2章 天线自动跟踪系统总体设计

2.1 系统总体结构

2.2 系统性能指标

2.3 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 硬件总体设计

3.2主控模块设计

3.3 传感器模块设计

3.4 伺服控制模块设计

3.5 以太网模块设计

3.6 WIFI模块设计

3.7 外部接口模块设计

3.8 本章小结

第4章 系统软件设计

4.1 系统软件总体设计

4.2 系统各模块驱动设计

4.3 系统跟踪算法

4.4 本章小结

第5章 系统性能测试及验证

5.1 静态模拟测试

5.2 动态模拟测试

5.3 实际飞行跟踪测试

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文主要工作总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录一 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目

附录二 驱动程序代码