无人机遥测系统地面站设计与动态任务分配研究

论文摘要

遥测系统是测控系统的一个分支，在整个无人机系统中，遥测系统是其中一个重要部分。通过遥测系统，地面测控中心的测控人员可以观测到无人机及机载设备的状态与及参数。通过观测到的数据，按需要发送遥控命令，从而让无人机更好的完成任务。目前遥测系统地面站的设备复杂，通用性、灵活性、稳定性差，因此有必要建立一套体积小、便携性好、精度高的遥测系统地面站。计算机、网络通信、嵌入式技术的发展为遥测系统的发展带来了良好的发展机遇，从而更好地迎合未来战场的需要。本课题是以32位微处理器ARM9（S3C2440A）为主控平台，搭载了实时性强的μC/OS-Ⅱ操作系统，采用分布式技术进行无人机远程遥测，从而使性能和灵活性得到了提高。在实时性要求不高的情况下，通过GPRS模块实现遥测终端与测控中心之间的通信，从而降低成本。测控中心的遥测软件能显示无人机以及机载设备的状态与参数，以及能对遥测数据保存以便事后分析。本课题是在对遥测系统原理充分掌握的情况下进行设计的。先是对遥测终端的硬件进行了设计，主要包括芯片的选取以及外围电路的设计；然后对软件部分进行了设计，其中包括操作系统的选取，μC/OS-Ⅱ移植，编写外设驱动程序以及应用程序。本课题通过G20模块以及采用TCP协议实现遥测终端与测控中心之间的通信，并且对遥测数据帧格式以及同步码进行了设计。同时测控中心里，采用delphi软件开发了遥测显示系统软件，从而能够实时观测到无人机的遥测数据以飞行航迹，同时软件具有数据保存以及数据回放功能，以便事后进行分析。最后根据实时遥测数据以及任务需要对多无人机进行动态任务分配，以便无人机更好的完成任务。先是建立数学模型，然后改进现有的算法，最后用MATLAB软件进行仿真，为下一步遥控系统的研究做好了铺垫。本课题设计的地面遥测终端性能强、体积小、便携性好；测控中心的遥测显示系统软件可移植行好，对硬件没有特殊要求；多无人机动态任务再分配也取得了良好的仿真效果。因此本课题对后续类似课题的研究具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 国内外发展及研究现状
• 1.2.1 国内发展及研究现状
• 1.2.2 国外发展及研究现状
• 1.3 无人机地面遥测站介绍
• 1.3.1 遥测系统相关概念介绍
• 1.3.2 遥测系统简介
• 1.4 论文的主要内容及结构安排
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 论文结构安排
• 第2章 遥测终端硬件设计
• 2.1 ARM微处理器简介
• 2.2 S3C2440A介绍与可寻址空间的分配
• 2.2.1 S3C2440A处理器简介
• 2.2.2 S3C2440A处理器存储空间分配
• 2.3 外部程序存储器电路设计
• 2.4 SDRAM存储器电路设计
• 2.5 GPRS模块接口电路设计
• 2.6 外围电源转换电路设计
• 2.7 JTAG调试接口设计
• 第3章 遥测终端软件设计
• 3.1 操作系统的选择以及移植
• 3.1.1 操作系统的选择
• 3.1.2 Bootloader引导程序介绍
• 3.1.3 μC/OS-Ⅱ操作系统简介
• 3.1.4 μC/OS-Ⅱ的移植
• 3.2 硬件驱动程序设计
• 3.2.1 串口驱动设计
• 3.2.2 GPRS模块驱动设计
• 3.3 通信协议规定
• 3.3.1 物理层
• 3.3.2 数据链路层
• 3.3.3 帧同步与校验设计
• 3.3.4 遥测终端帧格式设计
• 3.4 应用软件程序设计
• 3.4.1 系统任务分析
• 3.4.2 无线模块接收任务设计
• 3.4.3 GPRS模块发送任务设计
• 第4章 测控中心遥测软件设计
• 4.1 开发环境介绍
• 4.2 功能介绍
• 4.3 遥测系统功能的实现
• 4.3.1 GPRS通信部分
• 4.3.2 数据帧格式介绍
• 4.3.3 无人机航迹显示
• 4.3.4 软件整体设计
• 第5章 多无人机任务再分配研究
• 5.1 任务分配问题建模
• 5.1.1 问题描述
• 5.1.2 建立模型
• 5.2 任务分配算法的改进
• 5.2.1 K均值算法的改进
• 5.2.2 基于分合粒子群优化算法的组内重分配
• 5.3 仿真结果与分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加科研和发表论文情况
• 致谢
• 附录