空中机器人自动驾驶仪软件及地面测控软件的设计

论文摘要

本文的研究着眼于全国空中机器人大赛,研究的对象是微小型固定翼的空中机器人,研究的重点是微小型固定翼型空中机器人的自动驾驶仪软件和地面测控软件的设计。文中首先介绍了空中机器人的发展概况和国内外关于微小型自动驾驶仪的研究现状。其次,针对微小型固定翼空中机器人总体方案,设计了基于ARM-Linux的自动驾驶仪的软件系统方案;搭建了基于ARM-Linux的自动驾驶仪软件系统平台,实现了Bootloader的定制、内核移植、根文件系统的创建和外设驱动程序的编写;研究了适用于微小型飞行器的飞行控制算法和自主导航算法,并在空中机器人的模型上对选定的飞行控制算法和自主导航算法进行了仿真验证;在自动驾驶仪软件系统平台的基础上开发了自动驾驶仪飞行控制软件,该软件具有遥控遥测、指令处理、姿态控制和自主导航等功能。最后,依据微小型固定翼空中机器人的功能配套需求设计了地面站及其测控软件。地面测控软件实现了对空中机器人的指令控制、航迹规划和控制参数的实时调整;能够对飞行器姿态、航迹等遥测参数进行实时显示;具有对远程视频图像的实时采集、显示和保存等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外空中机器人研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 空中机器人自动驾驶仪系统的总体方案
• 2.1 自动驾驶仪的总体方案
• 2.2 自动驾驶仪的软件系统设计
• 2.3 小结
• 第三章 基于ARM-Linux 的自动驾驶仪软件系统平台的实现
• 3.1 ARM 及S3C2440 简介
• 3.2 嵌入式Linux 及其编程环境简介
• 3.2.1 Linux 与ARM 处理器
• 3.2.2 Linux 编程环境
• 3.3 ARM-Linux 下的交叉编译环境及工具链的建立
• 3.3.1 交叉开发的概念模型
• 3.3.2 目标板与主机之间的连接
• 3.3.3 交叉开发工具链
• 3.3.4 主机安装交叉开发工具链
• 3.4 Bootloader
• 3.4.1 Bootloader 及其启动方式
• 3.4.2 U-Boot 及其编译移植过程
• 3.5 移植、配置编译Linux 系统内核
• 3.5.1 Linux 系统的启动过程
• 3.5.2 内核移植
• 3.6 制作Linux 根文件系统
• 3.6.1 根文件系统的基本结构
• 3.6.2 BusyBox
• 3.6.3 cramfs 文件系统
• 3.7 开发Linux 驱动程序
• 3.7.1 Linux 设备驱动的概念
• 3.7.2 Linux 驱动程序的结构
• 3.7.3 Linux 驱动程序开发过程
• 3.8 小结
• 第四章 空中机器人自动驾驶仪飞行控制软件的设计
• 4.1 飞行控制算法研究
• 4.1.1 飞行器模型的建立
• 4.1.2 纵向控制方案
• 4.1.3 横侧向控制方案
• 4.1.4 姿态控制回路的仿真
• 4.2 导航算法研究
• 4.2.1 自主导航系统的构成
• 4.2.2 经纬度与地面坐标系的变换
• 4.2.3 导航参数的介绍
• 4.2.4 导航算法及仿真
• 4.3 飞行控制软件的实现
• 4.3.1 飞行控制软件的总体流程
• 4.3.2 软硬件初始化模块
• 4.3.3 主循环程序模块
• 4.3.4 系统处理程序模块
• 4.4 小结
• 第五章 空中机器人地面测控软件的设计与实现
• 5.1 地面测控软件的总体设计
• 5.2 遥控遥测通信模块
• 5.2.1 数据通信
• 5.2.2 遥控遥测的实现
• 5.3 远程视频采集、保存模块
• 5.3.1 DirectX 简介
• 5.3.2 DirectShow 简介
• 5.3.3 VC 开发环境的配置
• 5.3.4 DirectShow 视频采集模块的实现
• 5.3.5 视频采集窗口
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 前景与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文