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        強(qiáng)干擾環(huán)境下的自主導(dǎo)航與控制新技術(shù)

        2018-01-30 11:58:48田苗苗
        電子技術(shù)與軟件工程 2017年15期

        田苗苗

        摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,自主導(dǎo)航以及遠(yuǎn)程控制技術(shù)都得到了較快的發(fā)展,而將其應(yīng)用的機(jī)器無(wú)人機(jī)就是其中一項(xiàng),尤其是在中小型無(wú)人機(jī)方面,因其有著控制方便,飛行快捷簡(jiǎn)便的特點(diǎn),所以得到了人們的廣泛應(yīng)用。

        【關(guān)鍵詞】強(qiáng)干擾環(huán)境 自主導(dǎo)航 控制新技術(shù)分析

        1 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

        1.1 系統(tǒng)的具體分析

        GNSS導(dǎo)航被稱(chēng)為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),它的構(gòu)成主要包括:地而站臺(tái)、用戶(hù)定位設(shè)備、導(dǎo)航衛(wèi)星等。GNSS在實(shí)施定位的過(guò)程為它是利用廣播來(lái)對(duì)衛(wèi)星的運(yùn)行參數(shù)及位置進(jìn)行傳播,然后通過(guò)采用用戶(hù)接收機(jī)來(lái)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)問(wèn)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量,并采用方程式組合方程組的方式和模型對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,以此來(lái)了解用戶(hù)與衛(wèi)星之問(wèn)的相對(duì)位置,在利用導(dǎo)航算法來(lái)計(jì)算出用戶(hù)的精準(zhǔn)位置。

        1.2 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

        由圖1可知,在兩者結(jié)合的導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)中,兩個(gè)單獨(dú)的子系統(tǒng)會(huì)獨(dú)自顯示自己的定位,進(jìn)行定速計(jì)算,在通過(guò)卡爾曼濾波器將兩者的輸出信息進(jìn)行整合,在由過(guò)濾波對(duì)SINS傳感器所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行計(jì)算和估量,然后在把偏差值進(jìn)行反饋,傳遞給SINS傳感器,并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的校正,在這種組合方式當(dāng)中,SINS導(dǎo)航是占據(jù)主導(dǎo)地位的,所以此系統(tǒng)又被稱(chēng)作是GNSS輔助性的SINS導(dǎo)航系統(tǒng)。

        2 抗干擾濾波技術(shù)分析

        現(xiàn)階段,通常被應(yīng)用在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的濾波方法就是卡爾曼方法,它是以狀態(tài)估計(jì)的方式來(lái)對(duì)其飛行狀態(tài)進(jìn)行分析,因其有著計(jì)算簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易等特點(diǎn),所以得到人們的廣泛認(rèn)可。針對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng),曾直接應(yīng)用了卡爾曼濾波方法,對(duì)非線(xiàn)性的組合系統(tǒng)進(jìn)行離散分開(kāi),在一定程度上取得了很好的效果。但對(duì)于強(qiáng)風(fēng)、載體震動(dòng)、晃動(dòng)等方而的干擾卻不能避免,因此還需要對(duì)其技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)化和完善,對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究,以便可以將其應(yīng)用在自主導(dǎo)航技術(shù)及控制新技術(shù)當(dāng)中,強(qiáng)化導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾性。

        3 中小型無(wú)人機(jī)的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)

        它的核心部件主要是名為MPC555的中央式處理器,這款處理器的配置十分的高,運(yùn)行方而可以達(dá)到40 MHz,448K Flash,26KSRAM的水平,同時(shí)它的系統(tǒng)還包含有其他方而的功能,比如高速巡航、三軸陀螺加速、氣壓感應(yīng)、溫度檢測(cè)等。相對(duì)于其他的自動(dòng)駕駛儀來(lái)說(shuō),Piccolo Ⅱ的優(yōu)勢(shì)非常的明顯,因?yàn)樗旧砭褪且粋€(gè)完整的航空電子系統(tǒng),除了基本的自動(dòng)駕駛核心功能以外,我們還可以體驗(yàn)到大氣的壓力變化傳感、自動(dòng)導(dǎo)航、無(wú)線(xiàn)連接等一系列功能,同時(shí)還可以在滿(mǎn)足這些功能的前提下達(dá)到非常小的功率而降低能耗。它的整體尺寸為長(zhǎng)*寬*高142mm×46 mm×62.6 mm,整體的重量?jī)H僅220g。其實(shí)Piccolo II已經(jīng)經(jīng)過(guò)了Cloud Cap長(zhǎng)達(dá)10年之久的研究和改進(jìn),現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了無(wú)人機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的飛行標(biāo)準(zhǔn)。Piccolo Ⅱ在進(jìn)行全程無(wú)人駕駛以后,還可以自己進(jìn)行軟著陸。因?yàn)镻iccolo Ⅱ具有非常大優(yōu)勢(shì),目前已經(jīng)在很多的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。

        3.2 MP2128LRC2

        MP2128LRC2是一種具有穩(wěn)定性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)和集成化小的無(wú)人機(jī)自動(dòng)駕駛儀。它的內(nèi)部安設(shè)了遠(yuǎn)距離輸送數(shù)據(jù)的單元,也就是LRC,因其有著雙重?cái)?shù)據(jù)鏈路和雙頻的工作方式,所以使其自身數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性得到了極大的保證,確保了其飛行距離,甚至可達(dá)20-50km。也正因?yàn)槠溆羞@樣的特點(diǎn),所以將其應(yīng)用在小型無(wú)人機(jī)上更加適用?,F(xiàn)階段,已經(jīng)將其成功的應(yīng)用在了固定翼飛機(jī)、多旋翼以及直升飛機(jī)等方而。它的內(nèi)部含有三軸陀螺,GPS接收器等,其中陀螺最大的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到3 00/s,加速度的加計(jì)量程最大也可達(dá)到2g,GPS的更新頻率為1Hz。在輸出方而含有12個(gè)通道舵機(jī)輸出,其PID的更新頻率在30Hz,能適用在小型無(wú)人機(jī)的自主起飛和著陸方而,而且此駕駛儀在體積和質(zhì)量方而也有著較大的優(yōu)點(diǎn),質(zhì)量自身重330g,體積為175*75*48mm,加之給予其c配備了HORIZONmp的地而軟件,使其在任務(wù)執(zhí)行以及遠(yuǎn)程控制方而能夠很好的保持自身的特性,維持其穩(wěn)定性。

        3.3 APM

        APM也是一種開(kāi)源性的自動(dòng)駕駛儀,主要是通過(guò)PX4的軟硬件來(lái)對(duì)其進(jìn)行管控的。在此駕駛儀當(dāng)中其飛行的硬件控制重要部分就是Pixhawk,主要使用的是CortexM4內(nèi)核處理器STM32F427作為主控制器。在Pixhawk中包含有三軸磁力計(jì)、氣壓高度計(jì)、三軸陀螺加計(jì)等,且還配置有與GPS相連接的外部磁強(qiáng)計(jì)接口,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN、UART等信號(hào)的輸入,有很強(qiáng)的可拓展性。通常情況下,會(huì)將此種自動(dòng)駕駛儀應(yīng)用在直升機(jī)、多旋翼飛機(jī)、固定翼飛機(jī)、船、車(chē)或一些移動(dòng)機(jī)器人方而,多用于定位或提供控制信息,可以讓承載物能夠準(zhǔn)確平穩(wěn)靈活的自動(dòng)飛行。在駕駛儀中的地而控制軟件中融入了谷歌地圖,其有著對(duì)機(jī)體進(jìn)行設(shè)置并對(duì)其對(duì)象進(jìn)行控制的性能,而且可以對(duì)飛行的線(xiàn)路進(jìn)行記錄和分析,對(duì)自身的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的模擬飛行等。也正因APM有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),所以被廣大研究者所研究,以便于為小型無(wú)人機(jī)以及其它的運(yùn)輸設(shè)備提供一款成本低廉功能齊全可靠的自動(dòng)駕駛儀。

        4 總結(jié)

        中小型無(wú)人機(jī)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)也就是我們通常所說(shuō)的自動(dòng)駕駛儀,需要有關(guān)學(xué)者強(qiáng)化對(duì)此方而的研究,以便于提高自動(dòng)駕駛儀的環(huán)境適應(yīng)能力,提高自身的穩(wěn)定性與可靠性,使其能夠長(zhǎng)久持續(xù)的發(fā)展,為我國(guó)信息的提供、數(shù)據(jù)的勘探等做出貢獻(xiàn)。

        參考文獻(xiàn)

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