基于MEMS传感器的微小型无人机测控系统关键技术研究

【摘要】在军事和民用领域，微小型无人机发挥的作用越来越显著。飞行测控系统作为无人机系统的核心部件，对它的研究有重要现实意义。本文以工程实际中的微小型航拍固定翼无人机为应用平台，在总结借鉴国内外微小型无人机飞行控制系统设计思路，利用MEMS传感器，建立了低成本飞行控制系统，并对测控系统的关键技术做了研究。首先，根据系统应用需求，按照飞行控制系统总体架构，对硬件系统进行模块划分和详细设计。无人机测控系统STM32F4系列微控制器为主控芯片，集成了传感器模块、GPS模块、舵机信号输入与输出驱动模块、电源管理模块以及扩展接口部分，保证了硬件系统良好扩展性。其次，对采用MEMS传感器的姿态解算算法进行了研究。针对航拍型小型无人机的飞行特点，本文设计了基于误差四元数的姿态卡尔曼滤波算法。在机体不同机动情况下，采用不同的数据融合方式，对无人机姿态进行解算。该方法对机动较小的航拍型无人机有较好的应用效果。在测控系统的软件中，采用分层模块化的设计思想，合理设计飞行测控系统的软件架构。针对微小型无人机的飞行动力学特性，对无人机纵向、横侧向控制回路控制律进行研究与设计。最后，对设计的飞行测控系统进行了地面与搭载测试，实验数据结果验证了飞行控制系统软硬件主要模块的功能正确性、可行性。
【作者】孙其瑞；
【导师】熊继军；
【作者基本信息】中北大学，仪器仪表工程，2014，硕士
【关键词】无人机；飞行控制；MEMS传感器；四元数；卡尔曼滤波器；

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