基于北斗导航系统的无人机飞行监管系统设计

摘要

近几年，随着技术的日趋成熟，无人机在各国得到蓬勃发展。因为民用无人机的应用领域越来越广泛，飞行活动愈加频繁，无人机飞行标准的不完善，因此该怎样进行有效监管等问题也随之而来。尤其是，因为我国低空领地并没有全面开放，无人机“黑飞”和“乱飞”问题严重，成为空管领域亟待解决的问题。无人机监管存在的问题已引起国内外的普遍关注，国外各大公司争相开发相应的监控产品，国内研究主要集中在管理机制和政策法规方面，飞行监管系统的研究甚少。现阶段无人机的运营监管，除了需要加快相应的法规、制度和标准的制定和颁布外，还需要加快监管技术的开发以及监管平台的建设，只有建成监管平台才能监督和落实各种法规和制度。
　　针对无人机空中管理存在的问题，本文设计开发一种无人机飞行智能监管系统，实时监控和管理无人机或其它低空飞行器的飞行状况。本无人机飞行智能监管系统由基于北斗定位的机载监测终端和飞行监管中心构成。机载监测终端负责采集无人机飞行状况，工作于在线“黑匣子”模式，以低成本高可靠的嵌入式微控制器STM32F407ZGT6为核心，以片上串口控制北斗定位模块UM220-III接收卫星信号采集无人机的定位信息，以模拟IIC接口控制气压传感器MS5611模块采集无人机海拔高度，并通过串口控制GPRS模块SIM900A将监测数据回传给监管中心平台。飞行监管中心负责接收终端回传的飞行状况数据并显示，以 TCP/IP通信协议实现监管中心与监测终端之间的无线网络通信，使用百度地图API，实现无人机位置的电子地图匹配功能，并将回传信息存入后台MySQL数据库，存储监测数据。
　　依据系统总体设计要求，确定监测终端与监管中心的总体结构和功能，完成无人机飞行监管系统的软硬件方案设计。首先，采用Altium Designer10完成机载监测终端的各个模块和接口的硬件电路设计。监测终端设计有多个功能外设接口，可以依据应用领域的变化，灵活方便地扩展功能外设模块。然后，根据机载监测终端软件设计方案，在MDK5软件开发环境中，用C语言完成终端显示界面、北斗数据处理、气压传感器数据处理、通信数据收发等功能的软件开发。根据飞行监管中心软件设计方案，在Visual Studio2010开发软件上，使用Visual Basic.NET开发语言完成监管中心的软件开发，实现了无人机飞行状况的实时监控。
　　最后，对机载监测终端与飞行监管中心进行软硬件联合调试，终端与中心联网，依据无人机飞行监管系统总体功能要求进行联合测试。测试结果表明，监测终端定位精准，通信稳定可靠，可实现位置信息的采集、数据处理与传输等基本功能，飞行监管中心具有良好的交互界面、智能的监控能力和数据库管理能力。本系统实现了预期的目标功能，可以为北斗及无人机监管的工程应用提供较好的设计参考。

目录

声明

第一章 绪 论

§1.1 研究背景

§1.2 国内外无人机飞行监管系统发展现状

§1.3研究目标及意义

§1.4研究内容及任务

§1.5 主要研究成果及特色

§1.6 论文章节安排

第二章 无人机飞行监管系统总体结构与方案设计

§2.1 系统功能及特点

§2.2系统设计原则与思路

§2.3 系统参数与性能

§2.4 无人机飞行监管系统总体结构

§2.5 机载监测终端软硬件方案设计

§2.6 飞行监管中心软硬件方案设计

§2.7 本章小结

第三章 机载监测终端的设计与实现

§3.1机载监测终端硬件设计与实现

§3.2 机载监测终端软件设计与实现

§3.3 本章小结

第四章 飞行监管中心的设计与实现

§4.1监管中心软件设计与实现

§4.2 本章小结

第五章 系统联合测试

§5.1系统测试环境的搭建

§5.2 机载监测终端与飞行监管中心联合测试

§5.3 测试结果与分析总结

第六章 总结与展望

§6.1 工作总结

§6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果