基于湖泊水質(zhì)采樣的小型水上無人機(jī)飛控系統(tǒng)研究.pdf

1、小型水上無人機(jī)是利用湖、河等平靜水面作為起飛降落場地的一種水面特種飛行器，它具有機(jī)動性、可達(dá)性好、安全性高等顯著特點(diǎn)。伴隨著現(xiàn)代航空動力、制造材料、電子科技等航空技術(shù)的快速發(fā)展，使得水上無人機(jī)性能指標(biāo)得到很大的提高。因此，相對于傳統(tǒng)水質(zhì)采樣手段來說，采用無人機(jī)技術(shù)能提供更多的便利和優(yōu)勢，使其在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域有一定的應(yīng)用發(fā)展空間。在實(shí)踐水質(zhì)采樣過程中要求無人機(jī)載體具有平穩(wěn)的姿態(tài)，才能完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)。針對這個(gè)問題，采用了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（

2、SINS）技術(shù)對載體姿態(tài)信息進(jìn)行獲取，利用SINS進(jìn)行載體姿態(tài)測量也是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。
　　本文是在學(xué)習(xí)和分析了國內(nèi)外對水上無人機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以及國內(nèi)淡水資源污染嚴(yán)重的情況下，提出了一種基于水質(zhì)采樣的無人水上飛機(jī)的飛控系統(tǒng)的研究方案。首先，詳細(xì)介紹了SINS系統(tǒng)的理論，包括坐標(biāo)系的定義、相互間的轉(zhuǎn)換和SINS系統(tǒng)的工作原理；然后，闡述了三種姿態(tài)修正更新算法——Euler Angle法、四元數(shù)法、方向余弦法，并進(jìn)行了算法

3、對比分析，接著深入研究了對基于四元數(shù)的姿態(tài)更新算法；最后，根據(jù)無人機(jī)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用模塊化思想布局，主要完成了以下幾個(gè)部分功能：ARM+DSP雙核處理器、BDS/GPS雙系統(tǒng)導(dǎo)航、水質(zhì)采集、MIMU慣性測姿、測高氣壓計(jì)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)（伺服機(jī)構(gòu)）、TFT-LCD液晶顯示等。
　　在系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上，對各個(gè)底層模塊進(jìn)行驅(qū)動設(shè)計(jì)測試。首先，利用設(shè)計(jì)的硬件電路對BDS/GPS雙系統(tǒng)導(dǎo)航、MIMU慣性單元、氣壓計(jì)等模塊進(jìn)行應(yīng)用測

4、試；然后，敘述了MPU9250、MAG3110、MS5611-01BA03采集到的靜態(tài)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并通過Matlab描繪出相關(guān)的靜態(tài)誤差曲線圖；其次，運(yùn)用了TFT-LCD液晶顯示器對載體的姿態(tài)角、芯片溫度及高度等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；最后，分析了獨(dú)立陀螺儀和組合傳感器測量姿態(tài)角的兩種方案，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明組合數(shù)據(jù)融合明顯精度更高，更符合實(shí)際應(yīng)用。
　　對水上無人機(jī)的控制率進(jìn)行研究。首先，分析了小型水上無人機(jī)著水過程及每個(gè)階段的飛行控制指