基于北斗定位系统的新型无人机

科技创意
基于北斗定位系统的新型无人机
【摘要】随着北斗系统的不断发展,北斗定位系统趋于成熟,而目前我国
的无人机卫星定位导航主要建立在美国的GPS系统之上,很多方面都受到限制。北斗定位系统能提供高精度的定位,电子地图能很好的显示无人机的位置和周围环境信息。因此,将北斗定位系统与电子地图结合起来能实现无人机的动态定位和导航,使用北斗模块能够更好的控制无人机,使其飞行更加稳定。
【关键词】北斗定位;新型无人机;
连供系统1.引言
由于具有造价低、多任务、机动性好等特点,无人机在军事和生活上被广泛运用。然而,其定位和导航系统主要以无线电方式工作,定位和控制能力远远达不到要求。北斗定位系统具有全天候工作和精确的定位与导航能力,因而无人机上的北斗定位系统就能大大提高精度和导航质量。
2.背景及意义
如今无人机运用越来越广泛,学校的航拍或者野外的一些地形勘察都会运用到无人机,而飞机一旦飞到空中操作人员就需要知道飞机的确切位置和周围环境信息,一旦无人机飞出视距或者视线被挡住时,就需要一个空中中继站来传递信息,而北斗卫星就是一个理想的通信中继站,所以北斗定位系统对于一架执行较大范围任务的无人机来说非常重要。
3.设计方案原理
现役航空测量载机几乎都是在飞手可视范围内飞行,(400米以外几乎就看不见飞机飞行姿态),大大缩小航测的面积,对于测量大面积地形需求,现役航测飞行器根本不能满足。
本模型采用预装飞控,据北斗卫星信号,设置航点飞行飞行稳定半径5KM,对于特殊地点,进入第一视角模式飞行,点对点的测量,大大提高测量面积,提高工作效率。
图片采集系统,采用三轴云台增稳,成像效果更佳,360度旋转,前后左右180度翻滚,0.02s反应,时刻保持当前姿态。让测量更稳定。添加“第一视角图像传输系统”可以让飞手知晓飞机飞行状态,更好的完成飞行任务。
在科技发展的今天,人工测绘效率比起航测逐渐降低,航空测绘正以蒸蒸日上的态度发展,正掀起一片热潮,但对于价格高昂,飞机性能要求较高,安全系数较低,对飞手操作操作能力要求较高,故大多数测绘人员依然持观望态度。
现大多航空测绘载机多为前三点式,(副翼,尾翼,方向翼)风阻比较大(机头平
滑处,机身形体不流畅,飞机轮子等)所以续航能力相比较弱,因机翼荷载面小起飞降落都容易造成飞机失速导致失控,所以比较考验飞手能力,初学者上手困难,操作不当容易造成坠机,或者坠机伤人。
本项目采用三角翼飞行控制系统,只需控制两个舵机就能控制整个飞机,操作简单,易于飞手理解控制,流线型的水滴机身,影藏的飞机轮子,尾推发动机,都为降低风阻,增强续航提高飞机稳定作出重大贡献。
现役航空测量载机几乎都是在飞手可视范围内飞行,(400米以外几乎就看不见飞机飞行姿态),大大缩小航测的面积,对于测量大面积地形需求,现役航测飞行器根本不能满足。
本模型采用预装飞控,据GPS信号,设置航点飞行飞行稳定半径5KM,对于特殊地点,进入第一视角模式飞行,点对点的测量,大大提高测量面积,提高工作效率。
图片采集系统,采用三轴云台增稳,成像效果更佳,360度旋转,前后左右180度翻滚,0.02s反应,时刻保持当前姿态。让测量更稳定。添加“第一视角图像传输系统”可以让飞手知晓飞机飞行状态,更好的完成飞行任务。综上本项目具有较强的竞争性与创新性。
技术分析
水滴在空气的风阻是0.05,倘若改变飞机形态变为水滴状,改变飞机动力输出方向,降低风阻,提高飞行器稳定性,大翼展提高载荷,由此我们系统上的改变飞行器的各项性能。
水滴形机型,有效降低风阻,增强稳定性,飞行迅速,翼展达到1.5m(实际可以更大据实际情况出发)载荷显著提高可以安装更多航测设备。飞机的升力与空气密度、相对速度的平方和机翼参考面积成正比Y=1/2CyρV²S cy为升力系数,s为机翼面积,v为相对速度,现役航测载机机翼小速度就要求比较快,易失速起飞降落都比较考验飞手的操作能力。
本作品翼展1.5m(此为模型,实际情况可以做得更大)翼展面积60dm^2,配备2850
大功率无刷电机,有效载荷为2-4kg,可以挂载小型设备,要做大2.4翼展,80dm^2,配置甲醇发动机有效荷载将会更大(由于资金问题没有做测试)。动力装置,可用航模燃油机,无刷大功率电机对于人员操作不当十分容易造成坠机,可安装飞行控制系统,飞控可根据北斗信号,或三角无线电阵(正处于研发中)确定自身方位,据编好的航点程序飞行减少操作失误。
现进入商业固定翼航测飞控开源的非常稀有,而且价值不菲,apm 飞控作为唯一一个具有开源程序,公布PCB 电路图的飞控在全球飞行爱好者的修改下已经非常成熟,atmega1280/2560主控,atmega168/328监视各通道pwm 的值以便手动模式与其他模式之间的转换。
技术核心,飞行控制系统在APM飞控系统中,采用的是两级PID控制方式,第一级是导航级,第二级是控制级。导航级PID控制就是要解决飞机如何以预定空速飞行在预定高度的问题,以及如何转弯飞往目标问题,通过算法给出飞机需要的俯仰角、油门和横滚角,然后交给控制级进行控制解算。控制级的任务就是依据需要的俯仰角、油门、横滚角,结合飞机当前的姿态解算出合适的舵机控制量,使飞机保持预定的俯仰角,横滚角和方向角。最后通过舵机控制级将控制量
转换成具体的pwm信号量输出给舵机。油门的控制量是在导航级确定的。控制级中不对油门控制量进行解算,而直接交给舵机控制级。而对于方向舵的控制,导航级并不给出方向舵量的解算,而是由控
黑导电布制级直接解算方向舵,然后再交给舵机控制,控制飞行。Apm飞控已具有成熟的地面站可以实时关注飞机动态,飞行姿态空间位置,运动状态,以及给与设置航线,保证其飞行稳定,增加其航测效果,就算飞机超视距飞行看地面站数据一样可以飞行,这样又为飞机增加了一层保障,apm飞控原本专为采用动力为无刷电机的中小型固定翼设置,在大型油机方面还是一个空白,航模汽油发动机为推油门,推力增加,然而apm飞控第三通道控制大扭力舵机输出电压电流小pwm值不稳定,舵机会出现抖舵,影响飞行,为了解决此问题,特意外加电路,稳定输出,使飞控也能运用油动飞行器上面,增强
续航能力。
拥有航点飞行能力,已经可以满足大多数航拍任务,对于特殊的航拍任务(如又高又远,不能近距离控制飞机),航点飞行也许会出现部分地区图片采集失败,导致飞行任务完成度降低,针对以上出现的问题添加“第一视角视屏传输系统”,添加osd数据叠加器,让飞行如虎添翼,更好的完成飞行任务,也为飞机安全添加另一层保障。在航测方面这是个新开始与尝
试。
软硬件配置详细参数
空中配置
1,载机:(本项目为1.5m翼展)流线水滴形机身。
2,动力系统:配备大功率无刷电机2820,60A无刷电子调速器,或甲醇燃油发动机。
3,动作系统,采用1.5kg数字舵机两个,异向转弯,同向升降。
4,飞行控制系统atmega1280/2560主控,atmega168/328监控器。北斗m8n模块. 5,第一视角传输系统,配备两瓦无线图像传输器,700线广角摄像头,osd数据叠加传输系统。
6,2.4G接收机,915M数字图传,2W图传。
7,数字三轴惯性云台广角摄像机
地面配置
1,2.4G控制器配备功率放大器加四叶草天线
2,飞控地面站控制系统配915M数据传输天线
图像传输接收机,7寸小雪花显示屏,配备15db平板天线。毛细管数
4.发展前景
随着近几年来科技、工业、农业的飞速发展,无人机也会在这些领域上起到或多或少的作用,一旦无人机需要执行较远距离的飞行任务,北斗定位系统将会起到重要作用,在未来的中国地区,美国的GP耐火砖比重
pvc编织地毯S必然会被国产的北斗卫星定位系统替代,北斗卫星定位系统几乎是无人机的标配,所以本项目有着巨大的发展前景。
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本文发布于:2023-06-15 23:26:01,感谢您对本站的认可!

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