本文關(guān)鍵詞：小型無人直升機(jī)中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：具有自主飛行能力的小型無人直升機(jī),在自主偵察、探測和航拍中的應(yīng)用越來越廣泛,具有很大的科學(xué)研究價值和實用價值,已經(jīng)成為了世界各國科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。作為小型無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分,數(shù)據(jù)鏈子系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了無人直升機(jī)控制指令和飛行狀態(tài)信息的傳送任務(wù),是地面站與小型無人直升機(jī)的通信橋梁。由于成本和硬件設(shè)備的限制,傳統(tǒng)的小型無人直升機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)無法達(dá)到超視距通信,限制了小型無人機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展。針對以上現(xiàn)狀,設(shè)計一套通用的安全可靠的中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),突破通信硬件的限制,實現(xiàn)小型無人直升機(jī)中繼功能和超視距巡航,已經(jīng)成為了急需解決的重要課題。本文參考了目前幾種典型的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng),從理論通信距離、數(shù)據(jù)擁塞控制和多址接入等方面對小型無人直升機(jī)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行了深入的研究和探討,設(shè)計了適合于小型無人直升機(jī)自身特點(diǎn)的空地中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。首先采用GCS協(xié)議作為空地數(shù)據(jù)通信協(xié)議,定義了各路上行與下行數(shù)據(jù)的消息標(biāo)準(zhǔn);設(shè)計了基于Linux系統(tǒng)的基站子系統(tǒng),按照協(xié)議規(guī)范實現(xiàn)了來自地面站與遙控器的多路數(shù)據(jù)的融合,根據(jù)協(xié)議規(guī)范完成了無人機(jī)數(shù)據(jù)解碼子系統(tǒng)。其次利用無線數(shù)傳模塊Xtend的點(diǎn)對多點(diǎn)通信功能,擴(kuò)展了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的通信節(jié)點(diǎn),解決了多機(jī)通信的關(guān)鍵問題,采用中繼無人直升機(jī)作為空中移動中繼平臺,完成了中繼數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的設(shè)計。針對無人機(jī)超視距巡航中可能與地面系統(tǒng)失聯(lián)問題,本文設(shè)計了無人直升機(jī)失聯(lián)自動返航功能,提升了系統(tǒng)的安全性能。最后對于所設(shè)計的點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)與中繼系統(tǒng),進(jìn)行了大量的實際試飛實驗,驗證了系統(tǒng)設(shè)計的合理性和實用性。
【關(guān)鍵詞】：小型無人直升機(jī) 中繼數(shù)據(jù)鏈 自主返航 通信協(xié)議 多機(jī)通信
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V275.1;V279
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 課題研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外數(shù)據(jù)鏈的研究現(xiàn)狀和經(jīng)驗12-13
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容13-14
• 1.4 課題來源14
• 1.5 本章小結(jié)14-15
• 第二章 典型數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)研究15-24
• 2.1 GCS無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)15-19
• 2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)15
• 2.1.2 系統(tǒng)層次劃分15-16
• 2.1.3 通信協(xié)議研究16-19
• 2.1.4 系統(tǒng)性能分析19
• 2.2 ARINC618 數(shù)據(jù)鏈19-21
• 2.2.1 報文格式19-21
• 2.2.2 報文參數(shù)辨識21
• 2.2.3 協(xié)議分析21
• 2.3 其他典型數(shù)據(jù)鏈協(xié)議21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-24
• 第三章 小型無人直升機(jī)數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)研究24-39
• 3.1 數(shù)據(jù)鏈通信距離理論研究24-26
• 3.2 數(shù)據(jù)鏈的擁塞控制技術(shù)26-29
• 3.2.1 擁塞檢測函數(shù)27
• 3.2.2 能耗參量27-28
• 3.2.3 基于能量參量的擁塞控制算法28-29
• 3.3 數(shù)據(jù)鏈的多址接入技術(shù)29-35
• 3.3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)29-31
• 3.3.2 多址接入與MAC協(xié)議31-32
• 3.3.3 TDMA輪詢機(jī)制32-33
• 3.3.4 性能分析33-35
• 3.4 數(shù)據(jù)鏈的性能指標(biāo)35-37
• 3.4.1 傳輸速率36
• 3.4.2 丟幀率36-37
• 3.4.3 時延37
• 3.4.4 吞吐量37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第四章 小型無人直升機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設(shè)計39-54
• 4.1 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)總體設(shè)計39-42
• 4.1.1 需求分析39-41
• 4.1.2 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)總體框圖41-42
• 4.2 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)各模塊設(shè)計42-49
• 4.2.1 機(jī)載飛行控制系統(tǒng)42-45
• 4.2.2 無線收發(fā)模塊45-47
• 4.2.3 基站模塊47-48
• 4.2.4 地面站模塊48
• 4.2.5 遙控器模塊48-49
• 4.3 數(shù)據(jù)鏈通信協(xié)議設(shè)計49-53
• 4.3.1 詢問/控制報文49-51
• 4.3.2 ADS報文的內(nèi)容51-52
• 4.3.3 校驗方式52
• 4.3.4 TDMA時隙設(shè)計52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)實現(xiàn)與試飛結(jié)果分析54-72
• 5.1 基站系統(tǒng)軟件設(shè)計54-59
• 5.1.1 軟件設(shè)計思想54-57
• 5.1.2 軟件實現(xiàn)方法57-59
• 5.2 空中直升機(jī)解碼實現(xiàn)59-62
• 5.2.1 遙控器解碼的實現(xiàn)方法59
• 5.2.2 PID-LQR控制參數(shù)的解碼實現(xiàn)方法59-61
• 5.2.3 軌跡規(guī)劃信息解碼的實現(xiàn)方法61-62
• 5.3 自動返航設(shè)計及其實現(xiàn)62-63
• 5.4 鏈路流量控制策略63-64
• 5.4.1 減少下傳頻率63
• 5.4.2 手控模式下數(shù)據(jù)幀分段下傳63-64
• 5.5 試飛實驗與試飛結(jié)果分析64-70
• 5.5.1 數(shù)據(jù)鏈時延分析與實驗65-66
• 5.5.2 自主導(dǎo)航飛行試驗66-68
• 5.5.3 無人機(jī)自主返航實驗68-69
• 5.5.4 測試丟幀率69-70
• 5.6 本章小結(jié)70-72
• 第六章 小型無人直升機(jī)中繼系統(tǒng)設(shè)計與試飛結(jié)果分析72-89
• 6.1 中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)計72-74
• 6.1.1 XTend模塊工作原理72-73
• 6.1.2 中繼網(wǎng)絡(luò)配置73-74
• 6.2 中繼系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計74-76
• 6.2.1 信號傳遞與定位74-75
• 6.2.2 數(shù)據(jù)碰撞解決方法設(shè)計75-76
• 6.3 無人直升機(jī)雙地面站切換系統(tǒng)設(shè)計76-80
• 6.3.1 地面站控制權(quán)限轉(zhuǎn)移策略設(shè)計77-78
• 6.3.2 地面站權(quán)限轉(zhuǎn)移的軟件實現(xiàn)方法78-80
• 6.4 無人直升機(jī)單地面站多機(jī)中繼系統(tǒng)設(shè)計80-84
• 6.4.1 多目標(biāo)無人機(jī)系統(tǒng)控制策略方案選擇81-82
• 6.4.2 多目標(biāo)無人機(jī)系統(tǒng)控制策略的設(shè)計與實現(xiàn)82-84
• 6.5 試飛實驗及結(jié)果分析84-87
• 6.5.1 中繼系統(tǒng)數(shù)據(jù)延時測試實驗84-85
• 6.5.2 雙地面站系統(tǒng)試飛實驗85-87
• 6.5.3 雙機(jī)中繼系統(tǒng)試飛實驗87
• 6.6 本章小結(jié)87-89
• 總結(jié)與展望89-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 攻讀碩士期間取得的研究成果95-96
• 致謝96-97
• 附件97

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：595288