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加拿大基于FPGA的小型無人機(jī)
——AgilCopter

技術(shù)領(lǐng)域

無人平臺(tái)應(yīng)用技術(shù)

技術(shù)簡(jiǎn)介

加拿大企業(yè)開發(fā)的AgilCopter無人機(jī)平臺(tái)為專業(yè)用戶而設(shè)計(jì)。該平臺(tái)重560g，基于FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）板設(shè)計(jì)，而不是采用多個(gè)微控制器設(shè)計(jì)。其接口和控制功能集成在單片芯片內(nèi)，可快速定制，以執(zhí)行各種任務(wù)，而無需使用額外的控制器。AgilCopter無人機(jī)可用于執(zhí)行ISR（情報(bào)、監(jiān)視、偵察）和檢驗(yàn)等多種任務(wù)。

技術(shù)特點(diǎn)

與基于微控制器的系統(tǒng)相比，基于FPGA的AgilCopter無人機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（2）所需風(fēng)扇更少，運(yùn)行能耗低：與基于微控制器的系統(tǒng)不同，F(xiàn)PGA不產(chǎn)生過多的熱量，無需安裝冷卻組件，從而減輕了系統(tǒng)的整體重量；

（3）可輕松定制和升級(jí)：可輕松地添加或刪除硬件接口，且可以方便地進(jìn)行固件修改，以確保系統(tǒng)能夠用于執(zhí)行多種任務(wù)；

（4）采用并行控制原理：其電機(jī)換向和控制由FPGA并行控制回路進(jìn)行處理，控制更加精確，同時(shí)也降低了噪音，運(yùn)行更為高效；

（5）具有高可靠性：所有AgilCopter無人機(jī)的信息均在硬件中實(shí)現(xiàn)，由單個(gè)FPGA設(shè)備采集，而不是由多個(gè)微控制器采集，所以，其破發(fā)點(diǎn)較少。

技術(shù)應(yīng)用

（1）保障AgilCopter穩(wěn)定運(yùn)行

為了支持無人機(jī)的運(yùn)行，加拿大企業(yè)研發(fā)了一系列新型硬件和軟件設(shè)施，例如，能夠確保無人機(jī)在惡劣條件下穩(wěn)定飛行的系統(tǒng)等。其硬件系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制算法和并行體系結(jié)構(gòu)，能夠迅速地作出響應(yīng)，使AgilCopter無人機(jī)能夠快速地從干擾中恢復(fù)，并有效地在各種條件下運(yùn)行。該系統(tǒng)采用4.0kHz的穩(wěn)定控制更新速度，使AgilCopter無人機(jī)在大風(fēng)中仍能夠保持高達(dá)40.23km/h的穩(wěn)定速度。

（2）Agile姿態(tài)相機(jī)（姿態(tài)估算）

AgilCopter無人機(jī)的攝像頭可連接至同一FPGA平臺(tái)上，用于為飛行控制系統(tǒng)提供圖像信息。其圖像處理功能能夠在硬件中實(shí)現(xiàn)，并能夠以攝像機(jī)的幀速率（通常是37fps）在無人機(jī)上運(yùn)行。其功能包括以被動(dòng)紅外目標(biāo)為參照物，估計(jì)物體的位置和方向等。AgileCopter無人機(jī)可以使用其自帶的攝像頭和被動(dòng)紅外攝像頭觀察目標(biāo)，自主進(jìn)行降落而無需人員參與，還可迅速將信息傳送至指揮站。

（1）提高了能源效率：FPGA突破了尺寸、重量和電源（SWAP）的限制，可延長無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間；