某小型无人机机载软件的设计

论文摘要

由于无人机具有低成本、零伤亡、可重复使用和高机动等特殊优势,因此深受世界各国军队的广泛欢迎,近年来得到了快速发展。本论文工作的重点是基于DSP的自制硬件平台的小型无人机机载软件和地面测控软件的设计开发,以及整个系统的联调仿真试验。概括了无人机的特点、用途、分类及其在战争中的应用后,介绍了本文的课题来源及其研究内容。在本论文工作中,分析了无人机机载软件的功能需求,对机载软件框架进行了详细设计,按模块化设计思想将软件划分成核心管理、串行通信、周期任务、控制输出、容错控制等九大功能模块。以混合编程方式完成了各个模块的编程开发,并对每个模块进行了调试,验证了其设计的正确性,并且就本软件采用的抗干扰措施进行了阐述。基于LabVIEW平台上,设计和开发了具有指令上传、数据装订、遥测数据的接收、显示、存储、回放等功能的地面测控软件,用来实现对无人机的地检测试和空中遥控遥测的功能。通过地面测控软件和机载软件的配套联合仿真试验,对机载软件的系统功能进行调试和检测。系统的联调结果表明,各个模块之间能很好的协调工作,并具有较强的实时性和较强的容错能力,能够完成预先设定的各种控制任务,说明机载软件和地面测控软件都已经达到了课题的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无人机的发展及应用
• 1.3 无人机飞行控制系统
• 1.4 课题来源及研究内容
• 1.5 论文章节内容的安排
• 第二章 无人机飞控系统硬件平台简介
• 2.1 飞控计算机的总体平台
• 2.2 各个模块板的简介
• 2.3 小结
• 第三章 无人机飞控系统软件平台的设计
• 3.1 机载软件的设计概述及功能需求分析
• 3.2 机载软件使用状态字的设计
• 3.2.1 无人机状态字
• 3.2.2 无人机控制信息状态字
• 3.3 机载软件的结构与设计
• 3.4 系统初始化模块
• 3.4.1 硬件环境的初始化
• 3.4.2 软件环境的初始化
• 3.5 核心管理模块
• 3.5.1 主程序模块
• 3.5.2 串口数据检测模块
• 3.5.3 离车检测模块
• 3.5.4 指令预处理模块
• 3.5.5 核心管理模块的调试
• 3.6 串行通信模块
• 3.6.1 串行通信收发模块的设计
• 3.6.2 串行通信模块的调试
• 3.7 遥控输入模块
• 3.7.1 遥控指令判断模块
• 3.7.2 飞控指令加载模块
• 3.7.3 调节模块
• 3.7.4 遥调模块
• 3.7.5 遥控输入模块调试
• 3.8 航路规划类模块
• 3.8.1 航路装订
• 3.8.2 航路删除
• 3.8.3 航路选择
• 3.8.4 航路规划模块的调试
• 3.9 控制输出模块
• 3.9.1 起飞控制指令
• 3.9.2 纵向控制指令
• 3.9.3 安全指令
• 3.9.4 控制输出模块的调试
• 3.10 周期任务模块
• 3.10.1 A/D 传感器信号的采集处理
• 3.10.2 数字滤波及有效性转换
• 3.10.3 控制律解算
• 3.10.4 D/A 舵面控制量的输出
• 3.10.5 周期任务模块的调试
• 3.11 容错控制模块设计
• 3.11.1 飞行状态实时备份程序模块设计
• 3.11.2 遥控指令接收备份程序模块设计
• 3.11.3 遥控已执行备份程序模块设计
• 3.11.4 系统恢复程序模块的设计
• 3.11.5 指令相容性判断模块的设计
• 3.11.6 容错控制模块调试
• 3.12 辅助功能模块设计
• 3.12.1 系统中断的管理模块
• 3.12.2 CRC 校验模块
• 3.12.3 控制变量软化模块
• 3.12.4 指令解析模块
• 3.12.5 机箱温度控制模块
• 3.12.6 程序段控制模块
• 3.12.7 辅助功能模块的调试
• 3.13 软件的抗干扰技术
• 3.13.1 机载软件抗干扰设计
• 3.14 小结
• 第四章 基于LabVIEW 的地面测控软件的设计
• 4.1 LabVIEW 开发平台简介
• 4.2 地面测控软件功能需求分析
• 4.3 地面测控软件内部功能模块的设计
• 4.3.1 数据上传模块设计
• 4.3.2 遥测数据的接收处理模块设计
• 4.3.3 遥测数据帧解码和显示模块设计
• 4.3.4 遥测数据存储与回放设计
• 4.4 小结
• 第五章 系统联调仿真试验
• 5.1 系统联调仿真平台搭建
• 5.2 系统联调仿真试验
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间论文发表情况