无人机天线自动跟踪系统的设计与实现

论文摘要

无人机是一种有动力、可控制,能携带多种任务设备,执行多重任务并能重复使用的无人驾驶航空器。在军事、民用和科学研究领域用途十分广泛。目前国内无人机测控定向天线多采用单通道单脉冲跟踪体制,通过信号的相位关系来进行方位俯仰判断,其成本高,系统复杂,不便维护。本文采用GPS定位、罗盘及滑动变阻器反馈、步进电机控制等数字化引导方式,便于实现,并可提高系统的可靠性和稳定性。本文以中国科学院沈阳自动化研究所无人机项目为工程背景,采用嵌入式系统设计思想开发了一套无人机天线自动跟踪系统。首先根据该系统的技术指标和设计需求进行了系统的总体方案设计,将该系统分为硬件电路设计、软件设计、机械结构设计三部分。硬件电路设计部分以LPC2368为核心控制器并设计了GPS及罗盘传感器模块；软件设计部分以RV-MDK为开发环境,以μC/OS-II为系统软件开发平台,进行了μC/OS-II在LPC2368上的移植,并按系统功能进行了任务划分,确定了各个任务间以信号量进行通信的通信机制；机械结构部分采用AutoCAD软件设计,实现水平与俯仰两轴转动。基于上述工作,完成了该天线自动跟踪系统的研制。为了验证该系统的整体性能,对其进行了相关的动、静态模拟测试。测试结果的分析表明,本文的系统满足各项设计技术指标,达到了预期的效果,可以进行进一步的实际应用。本文的研究具有一定的实践意义和应用价值,可望对微波天线对准,跟踪同步卫星等其他多种基于嵌入式思想实现的跟踪系统的设计,提供启发和借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 嵌入式系统概述
• 1.4 论文的主要工作和研究内容
• 第2章 系统的总体方案设计
• 2.1 嵌入式系统设计流程
• 2.2 系统主要技术指标
• 2.3 系统的总体方案设计
• 2.4 系统平台选择
• 2.4.1 系统硬件平台选择
• 2.4.2 系统软件平台选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 ARM微处理器简介
• 3.1.1 常用ARM处理器系列
• 3.1.2 ARM处理器的发展趋势
• 3.2 系统硬件电路的设计与实现
• 3.2.1 LPC2368处理器简介
• 3.2.2 LPC2368最小系统模块设计
• 3.2.3 AD采集模块设计
• 3.2.4 步进电机及驱动模块设计
• 3.2.5 串口通信模块设计
• 3.2.6 I/O接口模块设计
• 3.3 GPS及罗盘模块设计
• 3.3.1 GPS原理及模块简介
• 3.3.2 罗盘模块简介
• 3.3.3 GPS及罗盘模块设计
• 3.4 机械结构的设计
• 3.4.1 俯仰转动部分结构设计
• 3.4.2 水平转动部分结构设计
• 3.4.3 支架部分结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 μC/OS-II在天线跟踪系统中的应用
• 4.1 μC/OS-II操作系统简介
• 4.2 μC/OS-II在LPC2368上的移植
• 4.3 基于μC/OS-II的天线跟踪系统的软件设计与实现
• 4.3.1 天线跟踪系统软件设计流程
• 4.3.2 μC/OS-II中任务的划分与通信
• 4.3.3 各外围接口软件编程实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统测试与验证
• 5.1 静态模拟测试
• 5.2 动态模拟测试
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文的工作总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 附录 LPC2368控制系统电路图
• 致谢
• 研究生履历