巡線無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10878巡線無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)案例 -1-194961.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 -1-250511.2控制系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) -2-128311.3巡線無(wú)人機(jī)總體方案設(shè)計(jì) -2-186731.4巡線無(wú)人機(jī)硬件設(shè)計(jì) -3-73371.5加速度計(jì) -5-15201.6陀螺儀 -7-158731.7GPS -8-210071.8舵機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) -10-228671.9巡線攝像頭電路設(shè)計(jì) -11-206511.10電源電路設(shè)計(jì) -12-1.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求巡線式無(wú)人機(jī)系統(tǒng)是一種典型的非線性、多通道耦合、多輸入和多產(chǎn)品的輸出復(fù)雜系統(tǒng)。因此為了充分滿足各種飛行任務(wù)的需求，對(duì)于飛行控制系統(tǒng)也提出了更高的技術(shù)要求，所以飛行控制系統(tǒng)在技術(shù)上和性能方面的優(yōu)勢(shì)也就是無(wú)人機(jī)能否完全滿足其需要和成功地投入使用的重要關(guān)鍵。無(wú)人機(jī)的飛行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本技術(shù)要求有以下幾點(diǎn):（1）姿態(tài)航向保持控制將姿態(tài)閉環(huán)控制和角速度阻尼添加到無(wú)人機(jī)俯仰，橫搖和航向的三個(gè)軸上，以改善阻尼特性和穩(wěn)定性，從而使無(wú)人機(jī)在飛行范圍內(nèi)可控。（2）高度控制通過(guò)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行高度封閉和自動(dòng)化控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間進(jìn)行高度維護(hù)和控制。（3）自主飛行控制利用導(dǎo)航系統(tǒng)所能夠提供的位置、速度等導(dǎo)航數(shù)據(jù)來(lái)完成一個(gè)預(yù)先設(shè)置或者是實(shí)時(shí)執(zhí)行給定的目標(biāo)航跡飛行，其中主要有兩種方式:一是直線型自主飛行控制，二是圓周型自主飛行控制。（4）應(yīng)急控制在無(wú)人機(jī)技術(shù)裝備研制初期，控制制動(dòng)系統(tǒng)尚未完全建立和不斷完善，有時(shí)候就是很可能還會(huì)出現(xiàn)一次大型無(wú)人機(jī)制動(dòng)失控等緊急情況，因而我們有必要通過(guò)無(wú)人機(jī)切換一種手控制動(dòng)模式系統(tǒng)來(lái)對(duì)其無(wú)人機(jī)進(jìn)行緊急制動(dòng)控制。此外，在滿足基本要求下，還應(yīng)具備如下要求：（1）在滿足性能要求的情況下，應(yīng)盡可能的降低其制造及選型成本。（2）軟件系統(tǒng)應(yīng)該簡(jiǎn)化每一個(gè)模塊，盡可能地做到軟件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和系統(tǒng)的小型化。（3）充分考慮到飛行控制系統(tǒng)所處的工作條件，保證它們能夠在可靠和持續(xù)地進(jìn)行工作。（4）考慮硬件和軟件的各種延伸的方向。1.2控制系統(tǒng)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇了一種航模式的固定翼無(wú)人機(jī)來(lái)作為巡線無(wú)人機(jī)測(cè)試平臺(tái)，為了使其能夠充分滿足飛行測(cè)試的實(shí)際需要，我們就此次測(cè)試中對(duì)其進(jìn)行了以下的要求:（1）具有較高的可靠性。（2）產(chǎn)品具有良好的安全性和可維修性，配件的選擇及更換操作方便，并且易于進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)量和試驗(yàn)。（3）使用者具有相當(dāng)穩(wěn)定的續(xù)航性，可以提升外場(chǎng)飛行測(cè)試的效率。（4）本產(chǎn)品應(yīng)該具有一定的負(fù)荷安裝空間，便于飛控、蓄電池等器件的安裝。本文無(wú)人機(jī)所采用的飛行平臺(tái)是四軸固定旋翼為設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)如圖2-1所示。圖2-1四軸固定旋翼為設(shè)計(jì)平臺(tái)1.3巡線無(wú)人機(jī)總體方案設(shè)計(jì)飛行自動(dòng)控制信息系統(tǒng)管理是一種一般泛指以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)航空飛行自動(dòng)控制的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主要技術(shù)控制核心，集成機(jī)載舵機(jī)、機(jī)載自動(dòng)傳感器、配電以及對(duì)機(jī)場(chǎng)地面的自動(dòng)測(cè)控，形成一個(gè)由機(jī)場(chǎng)資源統(tǒng)一分配進(jìn)行自動(dòng)調(diào)度和合理分配，各個(gè)系統(tǒng)組件相互輔助聯(lián)合進(jìn)行協(xié)同工作的大型數(shù)字化航空飛行自動(dòng)控制管理系統(tǒng)。本文主要根據(jù)無(wú)人機(jī)數(shù)字化、小型化、低技術(shù)成本的設(shè)計(jì)理念，對(duì)微小型通用無(wú)人機(jī)的高速飛行時(shí)全自動(dòng)控制管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為充分能夠滿足對(duì)民用無(wú)人機(jī)控制飛行動(dòng)態(tài)狀況的分析測(cè)量、控制飛行規(guī)律的解釋計(jì)算等重要任務(wù)控制需要，飛行狀態(tài)控制管理系統(tǒng)以微型的機(jī)械控制傳感器和新的GPS飛控模塊系統(tǒng)作為主要技術(shù)控制基礎(chǔ)，以STM32等微控制器模塊作為主要技術(shù)控制核心的集成飛控控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)也為了充分實(shí)現(xiàn)集成飛控控制計(jì)算機(jī)的功能小型化，將其中的機(jī)械傳感器、數(shù)據(jù)包的采集控制系統(tǒng)、電源模塊等都進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝在了一塊塊的主控控制電路板上，減少了集成飛控控制系統(tǒng)所需要占用的系統(tǒng)空間。圖2-2整體框圖1.4巡線無(wú)人機(jī)硬件設(shè)計(jì)1.4.1主控制器電路設(shè)計(jì)飛行器中的飛行管理和控制計(jì)算機(jī)技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)飛行器自動(dòng)化的重要技術(shù)基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)重要任務(wù)，例如收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，估計(jì)姿態(tài)，計(jì)算控制律和管理飛行工作。隨著我國(guó)航空武器飛行質(zhì)量控制儀器系統(tǒng)主體功能的進(jìn)一步擴(kuò)大增加，飛行范圍的不斷擴(kuò)大以及飛行任務(wù)的逐漸復(fù)雜性，需要基于先進(jìn)的全數(shù)字技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)飛行控制計(jì)算機(jī)。在無(wú)人機(jī)工程實(shí)踐中，具有優(yōu)異的可擴(kuò)展性的基于數(shù)字計(jì)算機(jī)的飛行控制計(jì)算機(jī)被廣泛使用。對(duì)于數(shù)字飛行自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的機(jī)型選擇，按照其高速小型化、低速高功耗的設(shè)計(jì)原則，應(yīng)該充分綜合考慮到其本身具有更快和高速度的數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力，以便于滿足各種復(fù)雜的大型數(shù)字飛行計(jì)算和特殊任務(wù)飛行管理等信息技術(shù)的應(yīng)用需要。同時(shí)，還根據(jù)實(shí)際需要重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種具有豐富的射頻數(shù)字和無(wú)線模擬外部驅(qū)動(dòng)裝置控制接口，以便于滿足以后新型飛控控制系統(tǒng)及以后更廣泛的功能擴(kuò)充。鑒于這種考慮涉及到上述方法所涉可能覆蓋到的區(qū)域，本文將分別選用基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103VE兩個(gè)微控制器系統(tǒng)作為客機(jī)飛行器的監(jiān)測(cè)處理計(jì)算機(jī)?；谛碌腃ortex-M3內(nèi)核的整個(gè)微控制器系統(tǒng)采用了最新的新的ARM系列微控制器。它為對(duì)于MCU用戶提供了一個(gè)廉價(jià)的工作平臺(tái)，減少了系統(tǒng)導(dǎo)線引腳更換次數(shù)，降低系統(tǒng)的工作功耗，并為對(duì)于MCU的高需求者用戶提供了卓越的電子計(jì)算系統(tǒng)性能。以及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)集中斷電和響應(yīng)系統(tǒng)控制管理系統(tǒng)。內(nèi)置的一個(gè)功能豐富的實(shí)時(shí)矢量射頻中斷信號(hào)控制器系統(tǒng)可以對(duì)具有多達(dá)43個(gè)實(shí)時(shí)可完全屏蔽的矢量中斷信號(hào)通道和16個(gè)其他優(yōu)先級(jí)中斷信號(hào)通道進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，從而可以使得每個(gè)微控制器本身具備了靈活的中斷干擾測(cè)量管理控制功能。STM32103RCT6微控制器該機(jī)可以被用作一個(gè)單微處理器，該機(jī)的微控制器通常采用32位的單微處理器。其軟件核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用了Cortex-M3，并行總線設(shè)計(jì)架構(gòu)，嵌套式的抗破壞性強(qiáng)的矢量數(shù)據(jù)控制處理單元，調(diào)試管理系統(tǒng)及相關(guān)公用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。嵌套式的向量信號(hào)中斷和微控制器(NVIC)是它是微的Cortex-M3處理器的一個(gè)重要核心組成部分。它給基于Cortex-M3的整個(gè)微控制器系統(tǒng)提供了一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的抗干擾控制系統(tǒng)管理架構(gòu)和降低干擾系統(tǒng)響應(yīng)的最佳有效性。超過(guò)240種資源可以提供指定的入場(chǎng)休息時(shí)間，并且可以為每個(gè)原始的打given睡分配單獨(dú)的優(yōu)先級(jí)。借助于NVIC，從停止接收請(qǐng)求開(kāi)始直至僅用12個(gè)周期完成第一次服務(wù)的中斷時(shí)間，就已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)了快速的響應(yīng)。STM32CPU它支持兩種典型運(yùn)算應(yīng)用程序操作模式:線程和事件處理器操作模式。我們同時(shí)應(yīng)該說(shuō)需要特別注意的一點(diǎn)是，兩種存儲(chǔ)模型都可能具備了單獨(dú)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)堆棧。該軟件設(shè)計(jì)可以讓程序開(kāi)發(fā)者不僅可以在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下同時(shí)執(zhí)行較為復(fù)雜的應(yīng)用程序且從而能夠同時(shí)更好的使用支撐實(shí)時(shí)程序運(yùn)行的移動(dòng)操作系統(tǒng)。Cortex-M3處理器也可以包括一個(gè)24位的自動(dòng)負(fù)載重新安裝負(fù)載定時(shí)器，可以用來(lái)給整個(gè)內(nèi)核系統(tǒng)提供一個(gè)具有周期性的固定電容量負(fù)載中斷(RTOS)。STM32微控制器的硬件設(shè)計(jì)電路包括一個(gè)晶體振蕩器電路，一個(gè)復(fù)位電路，一個(gè)電源電路和一個(gè)串行端口。1.4.1.1晶體振蕩器電路晶體振蕩器是一個(gè)單片機(jī)的"心臟"是晶體振蕩器。單片機(jī)可以提供一個(gè)振蕩的頻率，并且可以提供一個(gè)主要的時(shí)間來(lái)控制單片機(jī)的每個(gè)工作周期。晶體振蕩器電路由單個(gè)微型計(jì)算機(jī)芯片組成。它由兩個(gè)電容器和一個(gè)晶體振蕩器組成。電容器的作用是為晶體振蕩器的電路提供初始功率。振蕩，激發(fā)晶體功能，并為微控制器提供時(shí)鐘。電路如圖2-3所示。圖2-3晶振電路圖1.4.1.2復(fù)位電路微控制器在系統(tǒng)開(kāi)始或自動(dòng)停止時(shí)都可能需要對(duì)它的CPU和某些操作系統(tǒng)的內(nèi)部組件開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，使其系統(tǒng)能夠從初始工作狀態(tài)和再到自動(dòng)化狀態(tài)地從初始工作狀態(tài)組件開(kāi)始正常進(jìn)行工作。例如，當(dāng)整個(gè)引導(dǎo)系統(tǒng)都能夠處于正常值的執(zhí)行工作狀態(tài)而只有振蕩器穩(wěn)定時(shí)，如果RST在引導(dǎo)管腳上的振蕩電平很高并且能夠保持2個(gè)月的機(jī)械復(fù)位周期(24個(gè)振蕩周期)，那么CPU就同樣可以同時(shí)做出快速響應(yīng)和自動(dòng)復(fù)位。MCU充電系統(tǒng)的降壓復(fù)位充電模型主要包括手動(dòng)降壓復(fù)位充電按鈕和上下充電復(fù)位。手動(dòng)高級(jí)復(fù)位地圖按鍵輸入需要用手動(dòng)復(fù)位地圖或連接至高級(jí)手動(dòng)復(fù)位按鍵RST的按鍵輸入。一般操作步驟上就是在兩個(gè)RST端子與兩個(gè)正常的VCC端子電源之間分別接入一個(gè)電源按鈕。手動(dòng)正確地按下這個(gè)控制按鈕時(shí)，5v的VCC輸出電平將直接被自動(dòng)添加出來(lái)到一個(gè)RST端子。該復(fù)位電路控制按鍵的手動(dòng)電壓復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如軟件圖2-4所示。圖2-4復(fù)位電路1.4.1.3電源電路STM32單片機(jī)是采用3.3V供電系統(tǒng)，需要使用精準(zhǔn)的穩(wěn)壓芯片進(jìn)行供電，如果電壓波動(dòng)大會(huì)影響甚至是燒壞單片機(jī)。型號(hào)是ASM1117-3.3，其電路如下圖2-5所示。圖2-5穩(wěn)壓電路1.5加速度計(jì)MPU6050的加速度表組成部分能夠用來(lái)測(cè)量得到各個(gè)時(shí)間軸方向的加速度，并經(jīng)AD轉(zhuǎn)換之后就能夠輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)。MPU6050實(shí)物圖如圖2-6所示。+Z++Z++Z+X+Y+X圖2-6MPU6050實(shí)物圖與對(duì)應(yīng)坐標(biāo)軸示意圖圖2-7加速度檢測(cè)的基本原理圖2-7加速度檢測(cè)的基本原理可以看到通過(guò)微導(dǎo)體加工制造技術(shù)將碳化硅作為晶片上材料制造制作出來(lái)的機(jī)械式電動(dòng)懸臂。它與其負(fù)極相鄰的兩個(gè)電極組合成兩個(gè)正極電容。由于不斷增大的運(yùn)動(dòng)加速度，機(jī)械式高壓懸臂和兩個(gè)高壓電極之間的中心距離可能會(huì)發(fā)生變化，從而直接導(dǎo)致兩個(gè)高壓電容器之間的電極位置也會(huì)發(fā)生較大改變。電容輸出參數(shù)的自動(dòng)改變由集成電容信號(hào)放大器模擬輸入端對(duì)集成電容開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)與模擬輸入輸出加速度參數(shù)成一個(gè)正比例的模擬輸出輸入電壓。只需要測(cè)量一個(gè)軸上的加速度即可計(jì)算手推車的傾斜度。如圖2-8所示，假設(shè)舵機(jī)垂直時(shí)，無(wú)人機(jī)的前進(jìn)方向?yàn)镸PU6050的Y軸正方向。圖2-8無(wú)人機(jī)受力分析圖2-8無(wú)人機(jī)受力分析當(dāng)無(wú)人機(jī)向前傾時(shí)，無(wú)人機(jī)的重心對(duì)y軸上的力即為，則便是無(wú)人機(jī)重力對(duì)y軸上的一部分力，為因此MPU6050在y軸上所能夠取得的最大加速度。似乎僅需要一個(gè)加速度數(shù)據(jù)就能獲得無(wú)人機(jī)傾斜角度，但是在對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，由無(wú)人機(jī)自身的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度將會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)產(chǎn)生較大的干擾和信號(hào)，在上述測(cè)量中會(huì)超該干擾信號(hào)。信號(hào)，使得輸出的信號(hào)不準(zhǔn)確。反映了無(wú)人機(jī)傾斜程度，如圖2-9所示。運(yùn)動(dòng)引起的電壓波動(dòng)時(shí)間t加速計(jì)u（t）實(shí)際傾角變化圖2-9加速度計(jì)信號(hào)波動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起的電壓波動(dòng)時(shí)間t加速計(jì)u（t）實(shí)際傾角變化由無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)的加速度使輸出電壓的波動(dòng)接近實(shí)際傾斜電壓。低通濾波可用于對(duì)此進(jìn)行濾波，但也會(huì)使信號(hào)不能實(shí)時(shí)反映無(wú)人機(jī)傾斜度的變化，從而影響無(wú)人機(jī)的控制，使無(wú)人機(jī)無(wú)法操縱。1.6陀螺儀陀螺儀是一種可以被廣泛應(yīng)用于計(jì)算和檢測(cè)物體旋轉(zhuǎn)的角速度。它所使用的工作原理是，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的對(duì)象必須承受克里奧爾力，并且這種壓電式的陶瓷被廣泛地應(yīng)用于設(shè)備內(nèi)部的振動(dòng)單位。所以當(dāng)設(shè)備發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，它就會(huì)改變一個(gè)振動(dòng)的頻率，以便于反映設(shè)備物體高速旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)角。把MPU6050安裝到無(wú)人機(jī)上時(shí)，就可以檢查一下無(wú)人機(jī)的傾斜程度。傾斜速度和角矩信號(hào)可通過(guò)采集組合成的傾斜速度信號(hào)得到，即無(wú)人機(jī)的傾斜角。由于這種陀螺儀在無(wú)人機(jī)模型中的輸出頻率為角速度，因此它們不會(huì)直接受到無(wú)人機(jī)機(jī)身上震蕩和振動(dòng)的影響，因此對(duì)于無(wú)人機(jī)的信號(hào)產(chǎn)生噪聲極其低。根據(jù)無(wú)人機(jī)傾斜角速度計(jì)算對(duì)該無(wú)人機(jī)的傾斜值數(shù)據(jù)進(jìn)行了積分，以便于進(jìn)一步獲取平滑的信號(hào)。可以讓角度控制信號(hào)變得更為穩(wěn)定。但是，在實(shí)際情況下，測(cè)得的速度信號(hào)將具有最小的誤差。積分操作后，將產(chǎn)生一個(gè)誤差，該誤差將隨著時(shí)間的流逝逐漸增加，最終電路將終止，并且將不會(huì)創(chuàng)建正確的角度信號(hào)。如圖2-11所示。積分后的角度信號(hào)由于角速度偏差引起的積累漂移誤差積分后的角度信號(hào)由于角速度偏差引起的積累漂移誤差圖2-11積分信號(hào)圖加速度計(jì)對(duì)加速度非常敏感，并且由于無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)，檢索到的數(shù)據(jù)將產(chǎn)生高頻噪聲。陀螺儀測(cè)量的數(shù)據(jù)很少會(huì)受到汽車振動(dòng)的影響，但隨著時(shí)間流逝易發(fā)生積分漂移。因此，可以考慮使用輔助濾波器，以便兩個(gè)傳感器之間只能彌補(bǔ)彼此的不足。簡(jiǎn)而言之，輔助濾波就是將一個(gè)陀螺儀在短暫的時(shí)間內(nèi)獲得的最優(yōu)角度用作最佳值，并且把從加速度變換的最優(yōu)角度定期地進(jìn)行平均，以便于校正一個(gè)陀螺儀在過(guò)程中獲得的最優(yōu)角度。具體的實(shí)現(xiàn)方法如圖2-12所示。積分比例積分比例陀螺儀加速度計(jì)+++-角速度ω角度θ圖2-12互補(bǔ)濾波原理框圖+利將由陀螺儀加速度計(jì)算機(jī)獲得的角度信息與由陀螺儀合并的角度θ信號(hào)進(jìn)行了比較，并在兩者合并前產(chǎn)生一個(gè)比較誤差的信號(hào)，然后將其與陀螺儀相同的輸出信號(hào)的角速度進(jìn)行疊加。從上表中的一個(gè)框圖我們可以清楚地看出，對(duì)于一個(gè)給定的加速度計(jì)算角度，在給定的比例連桿和積分式連桿之后形成的是角度θ必須相同。由于從同軸加速度計(jì)中計(jì)算獲得的各個(gè)值在角度處的信息都不一定存在信息累積和角度誤差，因此最終結(jié)果消除了估計(jì)輸出的各個(gè)值在角度θ和值處的信息累積和角度誤差。強(qiáng)噪聲測(cè)量信號(hào)在同軸加速度計(jì)基礎(chǔ)上可以疊加應(yīng)用到由強(qiáng)和弱噪聲測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成的不同角度測(cè)量信息上。為了有效減少高頻噪聲發(fā)射信號(hào)對(duì)諧波頻率幅度θ的波動(dòng)影響，比例因子必須非常小。這樣，在經(jīng)過(guò)了比例積分后，噪聲加速度信號(hào)將會(huì)在輸入的角度信息中將極其小。由于加速度計(jì)存在一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，無(wú)論輸出角度θ多么小，最終的輸出角度θ都必須是等于加速度計(jì)所測(cè)得的角度，但是這種調(diào)整過(guò)程會(huì)在減法中擴(kuò)展。為了避免輸出的角度太長(zhǎng)，可以考慮執(zhí)行以下兩個(gè)步驟:仔細(xì)地調(diào)整一下陀螺儀的放大器電路，使零偏移盡量地接近到所規(guī)定的值并始終保持穩(wěn)定。在控制電路和程序運(yùn)行操作開(kāi)始時(shí)，請(qǐng)嘗試讓無(wú)人機(jī)保持一種直立狀態(tài)，以使其輸出的角θ與起動(dòng)機(jī)開(kāi)始相同。此后，加速度計(jì)的輸出僅用來(lái)消除積分的偏差，并且輸出角度不會(huì)有較大偏差。1.7GPS全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem，GPS)是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無(wú)線電導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，它在全球任何地方以及近地空間都能夠提供準(zhǔn)確的地理位置、車行速度及精確的時(shí)間信息。GPS自問(wèn)世以來(lái)，就以其高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活吸引了眾多用戶。GPS不僅是汽車的守護(hù)神，同時(shí)也是物流行業(yè)管理的智多星。隨著物流業(yè)的快速發(fā)展，GPS有著舉足輕重的作用，成為繼汽車市場(chǎng)后的第二大主要消費(fèi)群體。GPS是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。在無(wú)人機(jī)飛行期間，有必要實(shí)時(shí)獲取飛行的坐標(biāo)位置，并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸將其發(fā)送到地面站。GPS傳感器用于捕獲無(wú)人機(jī)的左側(cè)位置。GPS定位技術(shù)的基本原理就是相遇于太空。GPS衛(wèi)星到用戶的接受天線與用戶的傳輸信號(hào)之間的距離可作主要的觀察值。根據(jù)目前已知衛(wèi)星即時(shí)地點(diǎn)的坐標(biāo)，確定了用戶在該接收器上的位置，即，可以確定該點(diǎn)的三維度。GPS定位中的坐標(biāo)(x，y，z)分為偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量。每個(gè)GPS衛(wèi)星始終都會(huì)有自己的位置和時(shí)間信號(hào)數(shù)據(jù)，用戶都可以從每個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)射開(kāi)始，來(lái)測(cè)量從每個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)送到接收器的時(shí)間和延遲，并根據(jù)這些信號(hào)的傳輸速率來(lái)進(jìn)行計(jì)算從每個(gè)接收器發(fā)送到每個(gè)衛(wèi)星的距離。當(dāng)同時(shí)從至少4顆衛(wèi)星上同時(shí)地收集數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)一系列被檢測(cè)和處理的過(guò)程(例如頻率變化，放大和濾波)，GPS的衛(wèi)星信號(hào)將被監(jiān)視，打開(kāi)，鎖定和進(jìn)行測(cè)量，從而形成一個(gè)適合我們所在地區(qū)衛(wèi)星位置的數(shù)據(jù)信息(主要包括:緯度，經(jīng)度，高度，速度，日期，時(shí)間，航向，衛(wèi)星的運(yùn)行狀態(tài)等)，串行的數(shù)據(jù)將會(huì)通過(guò)I/O端口進(jìn)行輸入。GPS定位技術(shù)分為靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位，絕對(duì)定位與相對(duì)定位，定位變化。圖2-13實(shí)物圖（1）工作電壓：3.5～5V直流。（2）接收靈敏度：-159dBm。（3）體積大小：25.4×25.4×7mm。（4）模塊重量：7克。（5）定位精度：<3m（6）系統(tǒng)內(nèi)存：4MB（1）空間部分地面無(wú)線控制監(jiān)視系統(tǒng)主要包括一個(gè)無(wú)線監(jiān)視臺(tái)(MonitorStation)，一個(gè)非常主要的控制臺(tái)(MasterMonitorStation)和一個(gè)移動(dòng)地面控制天線(GroundAntenna)三個(gè)大部分。主控制下的電視臺(tái)總部位于美國(guó)科羅拉多州的縣城斯普林菲爾德·斯普林菲爾德)。地面觀測(cè)控制臺(tái)不僅負(fù)責(zé)進(jìn)行采集觀測(cè)衛(wèi)星在軌發(fā)射后的所接收觀測(cè)到的衛(wèi)星信息，并且同時(shí)負(fù)責(zé)進(jìn)行計(jì)算觀測(cè)衛(wèi)星在軌行駛時(shí)所經(jīng)過(guò)的的日歷，相對(duì)應(yīng)的距離，大氣溫度校正等其他相關(guān)資料。（2）用戶設(shè)備的一部分用使用者設(shè)備的另外一個(gè)組成部分就是GPS信號(hào)接收器。它的主要作用就是使得衛(wèi)星能夠依靠某個(gè)衛(wèi)星上的截止角來(lái)進(jìn)行測(cè)量、監(jiān)視它們的運(yùn)動(dòng)。接收器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)捕獲被監(jiān)視的衛(wèi)星信號(hào)后，它們就可以實(shí)現(xiàn)了從接受器的天線檢測(cè)到衛(wèi)星之間的假距離和太陽(yáng)光的距離變化頻率，并對(duì)諸如衛(wèi)星的軌道參數(shù)之類的相關(guān)性數(shù)據(jù)做出了解調(diào)。接受者的定位微處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以基于這些數(shù)據(jù)，根據(jù)定位計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行定位計(jì)算，并且精確地計(jì)算出每個(gè)用戶的緯度，緯度，高度，速度，時(shí)間和其他地理位置信息。接收機(jī)的硬件，內(nèi)部軟件及GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包組合而形成了一個(gè)完整的GPS用戶裝置。GPS接收器按其結(jié)構(gòu)可以劃分為天線單元和接受裝置兩個(gè)部分。接收機(jī)一般在機(jī)械內(nèi)部或外部有兩種形式的直流電源。設(shè)置內(nèi)部電源的主要目標(biāo)就是在更換外部電源的同時(shí)進(jìn)行持續(xù)而不停地的觀測(cè)。當(dāng)我們使用外部電源時(shí)，內(nèi)部的蓄電池就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行充電。當(dāng)機(jī)器關(guān)機(jī)后，機(jī)器內(nèi)部的蓄電池將會(huì)為RAM存儲(chǔ)器提供電壓，以便于防止數(shù)據(jù)的丟失。不同類型的接收器變得更小，更輕，尺寸更輕，這便于在現(xiàn)場(chǎng)觀察和使用。其次，有用戶收件人。單速和急速有兩種類型。但是，由于市場(chǎng)價(jià)格的原因，大多數(shù)用戶購(gòu)買單頻接收器。1）通過(guò)搜索一顆可用的衛(wèi)星，接受到該衛(wèi)星的信號(hào)，與其他衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行同步，并檢索導(dǎo)航消息信息。2）通過(guò)控制導(dǎo)航器的消息可以獲取出可供計(jì)算物體位移所必要的數(shù)據(jù)信息。此處的信息類型應(yīng)該指的是能夠包含有關(guān)于時(shí)鐘表的信息以及諸如星歷表之類的其他相關(guān)數(shù)據(jù)。3）通過(guò)天線計(jì)算地球衛(wèi)星的準(zhǔn)確軌道位置，包括通過(guò)天線計(jì)算地球衛(wèi)星的軌道高度和計(jì)算地球軌道方位角的夾角，以及對(duì)計(jì)算衛(wèi)星高度進(jìn)行必要的衛(wèi)星對(duì)流大氣層高度校正4）計(jì)算偽距并進(jìn)行電離層校正。5）重復(fù)上述過(guò)程，據(jù)此計(jì)算所有可用衛(wèi)星。6）對(duì)衛(wèi)星位置進(jìn)行其他必須的校正，比如根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射到GPS接收器時(shí)的一段距離校正因地球自轉(zhuǎn)而引起的衛(wèi)星位置偏差。7）依靠定位器的工作原理，計(jì)算GPS接收器的初始位置，并將其轉(zhuǎn)化為所需要的坐標(biāo)值和格式以便于進(jìn)行信號(hào)的顯示或者輸出。8）添加leap秒和UTC（標(biāo)準(zhǔn)世界時(shí)）時(shí)間費(fèi)用以計(jì)算當(dāng)前準(zhǔn)確時(shí)間。9）對(duì)于所有可用的精密衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，計(jì)算并得出最佳精度dop(精密衛(wèi)星稀釋），選取一顆衛(wèi)星，計(jì)算和分析校正一個(gè)GPS衛(wèi)星接收器在整個(gè)地球上的精確位置，并同時(shí)提供關(guān)于GPS衛(wèi)星接收器三維空間協(xié)調(diào)及準(zhǔn)確的快速測(cè)量衛(wèi)星時(shí)間等等數(shù)據(jù)。1.8舵機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)在H橋電路中通常被應(yīng)用為直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中的電源傳動(dòng)電路。由于所使用的功率MOS管都是壓控元件，因此它們具有輸入阻抗大，開(kāi)關(guān)速度快，無(wú)二次損壞等特點(diǎn)，可以很好地滿足高速啟動(dòng)開(kāi)關(guān)要求。所以，MOS功率管一般被應(yīng)用來(lái)形成H橋電路上的橋臂H橋集成電路中的4個(gè)功率MOS管分別使用了N溝道和P溝道，而P溝道的功率MOS管通常并沒(méi)有被廣泛應(yīng)用來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)橋下臂上的發(fā)電機(jī)，因此只能選擇兩種可能的解決辦法:一個(gè)就是橋的上，下臂。分別選擇兩個(gè)P溝道MOS功率管和兩個(gè)N溝道功率MOS管。另外兩個(gè)則是使用N溝道MOS功率管進(jìn)行上橋臂和下工作時(shí)的上橋臂。相對(duì)而言，使用兩個(gè)N溝道MOS功率晶體管和兩個(gè)P溝道MOS