系留气球地面测控系统设计与数据处理研究

论文摘要

系留气球作为一种升空平台,在军事和民用方面都具有广泛的应用前景。其具有机动灵活、操作简单、使用方便的特点,适合搭载通信、侦察、干扰等电子设备。这种高空平台也可用来扩展宽带数据的服务功能,成为卫星通讯的一种补充通信方式。地面测控系统是一个系留气球系统中重要的组成部分,是确保系留气球飞行安全、提高试验效率、缩短飞行试验周期、实现综合试飞的重要手段。系留气球飞行过程中,地面遥测接收系统跟踪飞行目标,接收球体遥测信号,通过遥测系统实现系留气球飞行的实时监控。本文结合系留气球平台,讨论了系留气球地面测控系统的设计和数据处理研究。地面测控软件完成遥测数据的接收、处理、保存、显示和报警,采用可视化技术为地面人员提供实时的、直观的系留气球姿态信息,并提供各种控制指令,实现了地面人员对系留气球的控制。在实时监控结束后,还可以调用历史数据进行回放演示。地面测控系统软件是以Windows操作系统为平台,在Lab Windows/CVI开发环境下设计实现的。论文首先介绍了地面测控系统的构成和方案选择,以及作为图形设计所必需的三维图形学方面的基本知识,包括图形学中的各种坐标系以及它们之间的转换、各种矩阵变换等。随后,文中详细讲述了地面测控系统中测控软件的系统框架和实现步骤。其具体实现包括如何在Lab Windows/CVI开发环境下实现多串口通信以及如何在此软件开发平台上用OpenGL实现对系留气球的建模、渲染及实时姿态的可视化。其次,还讨论了如何利用遥测软件实现对电子罗盘航向数据的补偿校正。最后,基于现有的系留气球地面测控系统,作者设计了一种完善的基于网络拓扑的方案,以及对于已有系统的改进建议。提出了新的系统构成和网络拓扑方案,以及用于测试阶段的基于无线网络的地面集成电测系统的构建;采用遥控编码提高遥控指令的抗干扰和保密性;采用短消息的新型报警方式以及测姿传感器方案等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 系留气球的应用与研究现状
• 1.2 课题的提出及意义
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 系统设计方案及基础理论
• 2.1 系统需求分析
• 2.2 设计方案
• 2.2.1 地面测控系统构成方案
• 2.2.2 硬件设计方案
• 2.2.3 软件开发方案选择
• 2.3 OPENGL 基础理论
• 2.3.1 图形学基础知识
• 2.3.2 OpenGL 基本介绍
• 2.3.3 视角变换基础知识
• 2.4 WINDOWS 网络编程基础
• 第三章 地面测控软件的设计与实现
• 3.1 平台框架和工作流程
• 3.1.1 地面测控软件主要功能模块
• 3.1.2 地面测控软件工作流程
• 3.2 功能实现
• 3.2.1 初始化
• 3.2.2 数据回放
• 3.2.3 监控面板
• 3.3 多串口通信的实现
• 3.3.1 设计思想
• 3.3.2 代码实现
• 3.4 球体实时姿态可视化的实现
• 3.4.1 可视化技术
• 3.4.2 仿真初始化设置
• 3.4.3 几何模型的建模
• 3.4.4 几何模型的驱动
• 3.4.5 观察角度的变换
• 3.5 遥测软件对电子罗盘航向数据的软件补偿
• 3.5.1 电子罗盘工作原理
• 3.5.2 误差分析
• 3.5.3 误差补偿算法
• 3.5.4 转台实验
• 3.6 系统运行情况
• 第四章 地面测控系统改进方案设计
• 4.1 监控平台的网络解决方案
• 4.1.1 问题提出
• 4.1.2 监控平台的网络拓扑方案
• 4.1.3 基于无线网络的地面集成电测系统
• 4.1.4 基于TCP/IP 的网络通信
• 4.1.5 多播技术（Multicast）的应用
• 4.2 遥控编码
• 4.2.1 问题提出
• 4.2.2 改进建议
• 4.3 短消息GSM 报警
• 4.3.1 问题提出
• 4.3.2 短消息报警系统结构
• 4.4 姿态测量传感器
• 4.4.1 电子罗盘
• 4.4.2 GPS 姿态测量系统
• 4.4.3 惯性导航系统
• 4.4.4 组合导航系统
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢