面向偏振光傳感器的無人機導航平臺開發(fā).pdf

1、本文以偏振光傳感器在空中的導航測試為背景，在分析無人機導航平臺的基本架構(gòu)和控制理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)一種面向偏振光傳感器的無人機導航平臺。
　　導航平臺硬件部分主要由電源模塊、飛控處理器模塊、傳感器模塊、GPS模塊、數(shù)據(jù)鏈路模塊和接口模塊構(gòu)成，其中，傳感器模塊包括陀螺儀、加速度傳感器、氣壓高度傳感器和偏振光傳感器。電源模塊為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電;飛控處理器負責整個系統(tǒng)的控制管理和任務規(guī)劃，對測量信息進行整合，結(jié)合控制指令或預設(shè)軌跡

2、生成控制信號;傳感器模塊實現(xiàn)對飛機飛行狀態(tài)的檢測;GPS模塊主要為系統(tǒng)提供位置信息;數(shù)據(jù)鏈路模塊用于機載平臺和地面站間的通信;接口模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的傳輸。
　　導航平臺軟件部分采用模塊化的設(shè)計思路，將整個軟件系統(tǒng)按功能劃分成不同模塊，在程序運行的過程中，通過對各模塊的調(diào)用實現(xiàn)相應的功能，采用I2C、SPI、USART等接口協(xié)議編程來實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的讀取和處理、GPS數(shù)據(jù)的接收和提取、遙控信號的接收和解碼、航點參數(shù)的存儲和提取、數(shù)

3、傳電臺數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等功能，同時利用定時器和中斷實現(xiàn)及時準確的系統(tǒng)響應。
　　在導航算法方面，采用方向余弦矩陣法進行姿態(tài)解算，建立導航坐標系到機體坐標系的方向余弦矩陣，并推導出方向余弦矩陣的微分方程。通過陀螺儀和加速度傳感器分別對方向余弦矩陣進行更新，進而求解出姿態(tài)角。利用傳感器在測量頻率上互補的特性，采用互補濾波算法對姿態(tài)信息進行融合處理，有效地降低運動加速度和傳感器漂移對測量結(jié)果的影響。結(jié)合經(jīng)典的PID控制理論，對導航平臺的