无人机地面导航控制系统软件研究与设计

论文摘要

随着计算机、人工智能、自动驾驶等高新技术的发展,无人机的种类日益增多,性能日趋完善。为了保证无人机可靠、有效地执行各种飞行任务,人们采用各种形式的地面导航控制系统对无人机的飞行状态和机载设备等进行实时监控。无人地面导航控制系统控制着整个无人机系统各项功能的成功实现,直接影响着整个系统性能,它是整个无人机系统的重要组成部分。课题结合我校在研的无人机项目,对无人机地面导航控制系统软件进行研究与设计,旨在实现自动化的航迹规划,并对无人机进行实时导航控制,保证其顺利完成飞行任务。论文首先介绍了课题的背景和意义,并对航迹规划技术、GIS技术及数据通信技术进行了研究,通过分析、比较各项技术的开发特点,确定技术实施方案。论文对航迹规划算法进行了重点研究。在深入分析A*搜索算法原理的基础上,针对基本A*搜索算法在Open表数据排序中存在的低效性,提出一种将最小堆排序思想应用到Open表中进行数据排序的解决方案,以达到提高A*算法搜索效率的目的;在此基础上,将无人机自身物理性能约束及任务约束结合到搜索算法中,对A*算法进行完善,保证航迹的可行性及安全性;同时为了使规划的航迹利于飞行,论文提出一种全面的航迹平滑处理方法;并通过仿真验证了采用改进A*算法规划的航迹达到了规划要求。最后结合项目需求及设计原则,提出无人机地面导航控制系统软件的总体设计方案,选择最适合课题需求的数据库及其访问技术,并对数据库逻辑结构进行详细设计。在此基础上,根据各功能模块要求,论文对无人机地面导航控制系统软件进行详细设计,并分别完成系统的在线测试及离线测试。本设计方案满足了航迹规划要求,实现了对无人机实时导航控制,达到了项目的预期效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 航迹规划的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 无人机地面导航控制系统的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 课题主要研究内容及所做工作
• 第2章 无人机地面导航控制系统相关技术
• 2.1 航迹规划技术
• 2.1.1 航迹规划系统组成
• 2.1.2 航迹规划基本要求
• 2.1.3 航迹规划方式确定
• 2.2 GIS 技术
• 2.2.1 GIS 技术研究
• 2.2.2 GIS 开发方式比较与选择
• 2.2.3 MapX 结构分析
• 2.3 数据通信技术
• 2.3.1 无人机系统数据链路结构分析
• 2.3.2 数据通信方案确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于改进型A*算法的无人机航迹规划
• 3.1 常用航迹规划算法及其比较
• 3.1.1 常用航迹规划算法
• 3.1.2 算法选取
• 3.2 A*算法相关模型的设计
• 3.2.1 节点数据结构设计
• 3.2.2 航迹代价函数设计
• 3.3 A*搜索算法的优化
• 3.3.1 最小堆排序
• 3.3.2 Open 表的优化
• 3.3.3 A*算法优化前后的比较与分析
• 3.4 无人机约束问题的解决办法
• 3.4.1 无人机性能约束的解决方法
• 3.4.2 无人机任务约束的解决方法
• 3.5 航迹平滑的处理方法
• 3.5.1 贝塞尔曲线原理
• 3.5.2 航迹处理
• 3.6 改进算法步骤
• 3.7 本章小结
• 第4章 无人机地面导航控制系统软件设计
• 4.1 无人机系统
• 4.1.1 无人机系统构成
• 4.1.2 无人机系统数据处理过程分析
• 4.2 无人机地面导航控制系统需求分析
• 4.2.1 系统功能需求
• 4.2.2 系统性能需求
• 4.3 无人机地面导航控制系统软件方案设计
• 4.3.1 设计原则
• 4.3.2 整体层次结构设计
• 4.3.3 功能模块设计
• 4.3.4 软件工作流程设计
• 4.4 无人机地面导航控制系统数据库设计
• 4.4.1 数据库访问技术比较与选择
• 4.4.2 数据库逻辑结构设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 无人机地面导航控制系统软件实现
• 5.1 导航电子地图的二次开发
• 5.1.1 导航电子地图的加载与浏览功能
• 5.1.2 添加导航图层
• 5.2 飞行监测功能的实现
• 5.2.1 飞行数据监测功能
• 5.2.2 航迹显示功能
• 5.2.3 故障报警功能
• 5.3 导航任务管理功能的实现
• 5.3.1 飞行航迹规划
• 5.3.2 飞行任务回放
• 5.4 通信与数据处理功能的实现
• 5.4.1 多线程串行通信的数据处理流程
• 5.4.2 通信实时性的处理方法
• 5.5 数据库的实现
• 5.5.1 ADO 模型
• 5.5.2 数据库开发关键步骤及访问模块封装
• 5.6 航迹规划算法仿真与系统软件测试
• 5.6.1 改进算法的仿真验证
• 5.6.2 系统软件测试
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢