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畢業(yè)論文全稿范文 畢業(yè)設計（論文）題目多旋翼飛行器的關鍵技術以及區(qū)域性無線定位技術的研究思路多旋翼飛行器的關鍵技術以及區(qū)域性無線定位技術的研究思路學院體育學院專業(yè)名稱體育教育班級學號12102130學生姓名杜旭指導教師劉彩惠班級學號12102130學生姓名杜旭指導教師劉彩惠二二O一六年六月南昌航空大學學士學位論文學士學位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。 除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。 對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名日期學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 本人授權南昌航空大學可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 作者簽名日期導師簽名日期南昌航空大學學士學位論文I多旋翼飛行器的關鍵技術以及區(qū)域性無線定位技術的研究思路學生姓名杜旭班級121021指導老師劉彩惠摘要多旋翼飛行器近年來快速發(fā)展，應用的范圍也越來越廣泛。 如在地形勘探、巡航監(jiān)控、植物保護、拍攝電影等等方面，為人們的生活提供了方便，提高了一些行業(yè)的工作效率，創(chuàng)造了更多的社會價值。 在多旋翼飛行器自主飛行模塊的發(fā)展下，使得更多的普通民眾能夠接觸到這一領域。 然而，多旋翼飛行器的技術繁雜，飛行技術更是需要飛手摸索。 除了某些高校中開設了這門專業(yè)課以外，通過其它的渠道很難理解這一領域的關鍵技術，社會中也缺少介紹這一領域的專門書籍，使得很多多旋翼飛行器愛好者在探索這一領域時走了不少彎路。 本文根據(jù)現(xiàn)有多旋翼飛行器的發(fā)展，介紹了其構成的關鍵技術以及在特定條件下的飛行技術。 后又根據(jù)現(xiàn)有的定位自主飛行技術對于區(qū)域性無線定位技術做一前瞻性的分析。 發(fā)展航空模型飛行運動不僅能夠提高國民的綜合素質(zhì)，還能在一定程度上推動航空模型制造以及飛行技術的發(fā)展。 但是大多數(shù)航模愛好者都只是單純的使用現(xiàn)有的成品模型飛行，并不能真正理解其知識原理。 在實際飛行的過程中，甚至不能解決一些簡單的問題。 在探索飛行技術的道路上，不由得走了許多彎路，甚至炸機，造成許多不必要的損失。 由于專門性的科技雜志學術性太強，廣大模友無法理解。 這就使得簡單通俗的闡述和解釋無人機模型的關鍵技術成為航空模型飛行運動得以推廣的第一件事；之后結(jié)合自身在實際飛行中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有自導飛行技術的定位精確度不足，對新興的無線區(qū)域定位系統(tǒng)進行前瞻性探討。 隨著近年來模友數(shù)量不斷的增加，通俗解釋無人機關機技術有利于提高模友群體的知識水平，有利于飛手在實際飛行中對于復雜情況作出合理判斷，有利于推進現(xiàn)有無人機的發(fā)展；淺析無人機區(qū)域定位系統(tǒng)有利于解決現(xiàn)有自導系統(tǒng)由于精度不足造成的損失。 拋磚引玉,推動無線定位系統(tǒng)的發(fā)展。 2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀無人機(Unmanned AerialVehicle或者Drone)是一種由無線電進行遙控或者通過機身載有的程序自主控制操縱的無人駕駛飛行1。 近年來，多旋翼無人機（飛行器）(Multi-Rotor UAV)由于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件和相關配套硬件的突破性發(fā)展，以及機身結(jié)構簡單、構造和維護成本低、支持定點懸停和垂直起降(Vertical TakeOff andLanding)的優(yōu)點，在旋翼無人機的研究和工程應用中獲得了快速的發(fā)展2。 由于多旋翼無人機的旋翼數(shù)量和機身尺寸規(guī)格等參數(shù)的不同，多旋翼的構型和應用的場景也不盡相同，包括四旋翼3、六旋翼4、八旋翼無人機5等，多用于室外飛行任務中的軍事偵察、氣象觀測、航空拍攝、小型貨物運輸、安防監(jiān)控以及低空測量標定等場合，其中，在民用多旋翼無人機中，用于室外航拍6的相關產(chǎn)品在近年來在無人機市場中的份額有了大幅的提升，其中包括深圳大疆公司在內(nèi)的多家公司生產(chǎn)的多旋翼無人機航拍產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)了較高的盈利，其中尺寸較小的四旋翼飛行器還有很多在室內(nèi)環(huán)境下的應用7，在室內(nèi)導航的南昌航空大學學士學位論文2基礎上實現(xiàn)室內(nèi)的自主飛行，路徑規(guī)劃89和三維地圖構建10，可用于建筑環(huán)境內(nèi)部的災難搜救，動態(tài)監(jiān)控，安防巡視等用途。 隨著多旋翼無人機的微型化，它的飛行空間已經(jīng)擴大到叢林、城市甚至建筑物內(nèi)。 然而在這些復雜環(huán)境中，通常存在著噪聲干擾、信號遮擋等問題，導致全球定位系統(tǒng)（GPS）的信號十分不穩(wěn)定。 所以無法得到多旋翼無人機準確的位姿參數(shù)，這就為無人機的自主導航控制帶來了很大難題。 因此，如何利用視覺系統(tǒng)或機載傳感器（如激光雷達、攝像頭或光流傳感器等）對多旋翼無人機進行復雜環(huán)境下的定位已經(jīng)逐漸成為各國的研究重點。 迄今為止，歐美各國及我國都已經(jīng)對此開展了研究并取得了一定的進展，其中包括日本千葉大學1112、美國猶他州立大學13、賓夕法尼亞大學14、紐約市立大學1516、康奈爾大學17、麻省理工學院1819、德國弗萊堡大學2021、航空航天中心22等。 目前對小型多旋翼無人機的室外定位主要使用全球定位系統(tǒng)（GPS），室內(nèi)主要采用多模塊配合定位的自主飛行系統(tǒng)。 全球定位系統(tǒng)（GPS）的民用精度只能精確到3米范圍，軍用級別GPS雖然精度更高，但是使用費用相當高昂，并且有著諸多限制。 大多數(shù)小型多旋翼無人機的機身長度不超過1米，若使用民用級別的全球定位系統(tǒng)（GPS），定位精度已經(jīng)無法應付復雜環(huán)境下的定位。 若使用多模塊配合定位的自主飛行系統(tǒng)，定位的范圍僅運用于室內(nèi)或者很小的范圍。 而本課題探究的這種區(qū)域定位系統(tǒng)是近年來新興的一種定位系統(tǒng)，使用現(xiàn)有的無線發(fā)射基站以及各電信運營商的無線發(fā)射塔、無線WiFi、藍牙模塊進行極高精度的定位。 使用此系統(tǒng)的無人機在無線信號覆蓋的城市、山地、鄉(xiāng)村環(huán)境下可以進行自主飛行或者固定路線飛行。 可運用于城市3D地圖測繪，區(qū)域范圍山地地形勘探，考古墓穴探測，區(qū)域性無人機監(jiān)控等諸多領域。 這種高精度低成本且定位范圍廣的區(qū)域定位系統(tǒng)亟待研究。 因此解釋，分析此類定位技術在于為新的多旋翼無人機定位系統(tǒng)做出假設，拋磚引玉。 3通俗解釋多旋翼飛行器構成模塊的關鍵技術3.1多旋翼飛行器的核心構成多旋翼飛行器是由硬件和軟件兩部分來構成的，起初，硬件部分的組成就只有機架、嵌入式計算機和底層控制芯片、電調(diào)、電池和電機。 最初的多旋翼飛行器也是難以控制的，飛手需要自行練習很長的時間才能使其穩(wěn)定飛行。 而且這種多旋翼飛行器并不具備復雜飛行的條件。 甚至吹一陣風就能報廢一架多旋翼。 但南昌航空大學學士學位論文3是最初的多旋翼是具有時代意義的，后人在此基礎上，設計和發(fā)展的新模塊使得無人機得以進化，發(fā)展到現(xiàn)有水平。 3.1.1機架機架也就是無人機的主體部分，根據(jù)機臂的數(shù)量不同，從三軸到十八軸不等，還有組合軸型（比如四軸八旋翼。 前段時間外國研究出了雙軸多旋翼，但是需要很嚴格的放飛方式）無人機的所有機載設備全都安裝在機架上。 一般喜歡將機架的前后使用不同的顏色進行噴涂，這樣有利于控制飛行姿態(tài)。 由于強度和重量的考慮，大部分機架采用碳纖維材質(zhì)（少部分使用合成高分子材料（也就是屬性不同的塑料）。 3.1.2嵌入式計算機模塊嵌入式計算機模塊是一架多旋翼飛行器的核心，它不僅使各個模塊可以分工協(xié)作，還提供了強大的飛行算法。 （作為非研究人員此處并不深究）簡言之，它就像是多旋翼飛行器的大腦。 通過處理不同模塊給它反饋的數(shù)據(jù)，調(diào)整多旋翼的飛行姿態(tài)和飛行模式。 3.1.3底層控制芯片底層控制芯片是對嵌入式計算機的一種輔助，如果將嵌入式計算機模塊比喻成大腦，那么底層控制芯片類似于腦干，來控制各個模塊不同的分工，最后將這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一交給嵌入式計算機進行分工處理。 3.2多旋翼飛行器的可選拓展模塊隨著多旋翼飛行器的興起，許許多多的拓展模塊開始出現(xiàn)，拓展模塊是為了幫助飛手更好的操控多旋翼無人機。 例如電子陀螺儀、加速度計、電路控制體統(tǒng)等（統(tǒng)稱為飛控（飛行控制模塊）近些年，由于自主化飛行精度要求，又出現(xiàn)了許多高端自主飛行模塊。 例如GPS接收器、聲吶傳感器、激光雷達傳感器。 使用多旋翼飛行器總有一些具體的任務（當前的多旋翼主要用于與圖像傳輸有關的任務），所以，很多多旋翼無人機還帶有數(shù)據(jù)傳輸模塊。 3.2.1飛控模塊飛行控制模塊包括了所有對多旋翼飛行有所幫助的輔助模塊，（這里只討論部分常用和普及的模塊，對于實驗研究級別的高端數(shù)據(jù)模塊不做研究）。 陀螺儀最早的機械陀螺儀用于航海，后用于飛機，但是機械陀螺儀太大并且十分笨重。 發(fā)展到現(xiàn)代，出現(xiàn)了電子陀螺儀。 陀螺儀只測試旋轉(zhuǎn)角速度，它對加速度十分敏感。 對于多旋翼飛行器來說，陀螺儀是保證平穩(wěn)飛行的關鍵。 加速度計用于測量飛行器不同軸的加速度和重力（飛行器一般都有三個軸向，分別是水平、南昌航空大學學士學位論文4俯仰、滾轉(zhuǎn)），在多旋翼飛行器突然轉(zhuǎn)向或者升降時，它可以使飛行器更加安全平穩(wěn)的作出相對應的一系列變化。 電路控制系統(tǒng)這里得介紹一個對于電子多旋翼飛行器十分重要的模塊電調(diào)。 （也稱電子調(diào)速器）它將飛控系統(tǒng)做發(fā)出的控制信號，轉(zhuǎn)變成電流信號大小，從而控制多旋翼飛行器的飛行姿態(tài)。 同時，電調(diào)還承擔了電壓變化器的功能（所有電機同時工作需要的電流大小遠遠大于飛控所使用的），使得飛控和電機能夠穩(wěn)定運行。 3.2.2自主飛行模塊談及這個模塊，首先就是GPS接收模塊。 GPS系統(tǒng)是一個全球覆蓋率高達98%的系統(tǒng)。 美國耗資300億耗時20多年完成此系統(tǒng)。 可靠性很高，應用范圍也很廣泛。 GPS模塊能測出無人機當前的經(jīng)緯度、海拔高度、對地速度等信息，一般還會包含地磁羅盤，用于測定航向。 多旋翼無人機搭載此模塊就是為了更好地自主飛行。 通過GPS的精準定位（其實用于多旋翼無人機而言任然不夠，第四章會提到）可以相對準確的飛行。 聲吶傳感器其實多旋翼飛行器應用聲吶傳感器是為了配合修正其它模塊由于電磁干擾或者震動所帶來的定位精度缺失。 主要是對升降時的對地距離修正。 使無人機不至于因為失準而重力降落。 激光雷達傳感器搭載激光雷達傳感器主要用于避障，通過激光不停地返回當前飛行器所處環(huán)境周邊的信息，從而進行調(diào)整，避免裝上障礙物（新興技術）。 3.2.3數(shù)據(jù)傳輸模塊數(shù)據(jù)傳出模塊是多旋翼飛行器多見的模塊之一，現(xiàn)有的多旋翼飛行器多用于拍攝，所以機載數(shù)據(jù)傳輸模塊很常見。 一般而言都是機載云臺，配備一個高清的攝像機（相機）然后以短波的形式傳送回地面PC站（或者手機和平板電腦，大疆公司的精靈系列就是將數(shù)據(jù)傳輸回ipad或者iPhone），在研發(fā)當中，還以傳送飛行日志，也就是各個部件之間工作的數(shù)據(jù)，以便于修改和完善多旋翼飛行器的飛行控制系統(tǒng)4多旋翼飛行器在不同環(huán)境下的飛行技術多旋翼無人機是通過控制電機轉(zhuǎn)動，改變分布在機體周圍多個旋槳的轉(zhuǎn)速來提供升力的一種無人機。 （以四旋翼為例）四旋翼無人機的飛行原理可以簡單概括如下: (1)當同時增加或減小四個旋槳的轉(zhuǎn)速時，無人機可產(chǎn)生向上或者向下的升力，從而實現(xiàn)垂直方向上的運動，如圖1-1(a); (2)當保持旋槳2和4轉(zhuǎn)速不變時，增加旋槳3轉(zhuǎn)速的同時降低旋槳4轉(zhuǎn)速，無人機可產(chǎn)生繞Y方向的正力矩，使機體實現(xiàn)向前的傾斜運動。 反之則產(chǎn)生向后的傾斜運動，如圖1-1(b); (3)南昌航空大學學士學位論文5在保持旋槳1和3轉(zhuǎn)速不變的情況下，增加旋槳2轉(zhuǎn)速的同時降低旋槳4轉(zhuǎn)速，無人機可產(chǎn)生繞x方向的正力矩，使機體實現(xiàn)向左的傾斜運動，反之則產(chǎn)生向右的傾斜運動，如圖1-1（c）; (4)當?shù)攘吭黾有龢?和旋槳3的轉(zhuǎn)速，同時等量降低旋槳2和旋槳4的轉(zhuǎn)速時，無人機可產(chǎn)生逆時針的反力矩，從而實現(xiàn)機體逆時針轉(zhuǎn)動，反之則會順時針轉(zhuǎn)動，如圖1-1（d）（圖1-1）其實通俗的講，在練習四旋翼飛行時，應該讓其一個旋翼固定朝向飛手自己，這樣就可以在開始學習飛行時，靈活的操控。 這種練習飛行的方式叫做對頭練習。 如圖（1-1），a是垂直起降，b是朝著箭頭標注的方向前進，c和b相同，d是在水平方向做橫轉(zhuǎn)。 在對西安市的部分模友的走訪中，發(fā)現(xiàn)他們大多數(shù)的問題飛行技術，部分模友甚至沒有經(jīng)過培訓或者練習，買了成品機型就直接開始飛行，然后才在實際的飛行中獲得經(jīng)驗和教訓。 這種方法是極其不可取的，不僅風險很大，而且容易對他人造成傷害。 于是我和幾位模友在實際的飛行訓練中，通過不斷的飛行以及經(jīng)驗的累計，設計出了一些十分具有借鑒價值的飛行實驗，下面是對于這些經(jīng)驗的部分總結(jié)。 4.1城市環(huán)境飛行4.1城市環(huán)境飛行隨著航空模型運動的發(fā)展，越來越多的普通人開始加入這個行列，而且大部分的模友也都城市，很多模友節(jié)假日會在江邊、學校操場、大型公園里飛自己的多旋翼飛行器（多見為四軸）。 但是在實際飛行中，并不是所有的模友都能規(guī)避一些的潛在危險，在這種因素下，我們開始了一些實驗。 4.1.1開闊廣場環(huán)境飛行南昌航空大學學士學位論文6實驗背景實驗背景城市中較為適合飛行的場所就是比較開闊的廣場，模型飛行時一定要盡可能的選擇這種場地。 不僅能來得及反應，還可以避免傷及他人。 但是城市開闊廣場飛行也有潛在風險。 城市中影響多旋翼無人機飛行的因素無外乎電磁干擾和城市亂流。 由于無人機自主避障功能的研發(fā)，即使控制信號被干擾，只要無人機在視距內(nèi)，自動避障功能就能將風險降到最低。 但是城市亂流還是存在，突然的強風可能讓無人機離開你的視線范圍，城市中障礙物又多，就可能出現(xiàn)飛丟的可能。 實驗目的實驗目的測試城市亂流對多旋翼飛行器的影響。 實驗預測實驗預測突然出現(xiàn)的城市亂流會強烈影響多旋翼飛行器的飛行軌跡。 實驗工具和器材實驗工具和器材大疆PHANTOM3（PROFESSIONAl）、秒表、風速計。 實驗方案設計實驗方案設計以公園內(nèi)地面風速為0m/s的一點為起點，在同一直線上，每間隔30m左右，做一次高度60m的勻速爬升，記錄各個點需要爬升的時間和最終偏移的位置，得出數(shù)據(jù)。 實驗結(jié)果記錄和處理表1城市開闊廣場飛行試驗數(shù)據(jù)表對照組實驗組1實驗組2實驗組3實驗組4實驗組5實驗組6實驗組7實驗組8實驗組9實驗組10地面風速(m/s)00.30.61.21.511.8001.30.6爬升速率4.85.33.64.94.55.885.354.546.255.947.22爬升高度60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m所用時間12.5s11.3s16.3s12.1s13.2s10.2s11.2s13.2s9.6s10.1s8.3偏移距離4.6m5m16m20m26m12m6m14m5.2m14m22m(注這里風速取各個方向風速的絕對值)實驗分析與結(jié)論由實驗數(shù)據(jù)可以看出，在爬升高度相同，勻速爬升的情況下，城市環(huán)境的亂流仍然會很大程度的影響多旋翼飛行器的飛行狀態(tài)，特別是靠近城市高層建筑和街道口的地方，可能會突然出現(xiàn)強烈的橫向風或者上升氣流或下降氣流。 都會對城市飛行產(chǎn)生一定的影響，所以建議在城市中飛行時，時刻保持飛行器的飛行高度，以防在出現(xiàn)意外時能夠及時補救。 4.1.2街道環(huán)境飛行4.1.2街道環(huán)境飛行南昌航空大學學士學位論文7實驗背景實驗背景城市街道環(huán)境復雜多變，對于多旋翼飛行器的飛行來說，是個巨大的挑戰(zhàn)，我們也不建議初學者在這種環(huán)境里飛行。 在大疆公司推出了大疆PHANTOM4之后，似乎在這種環(huán)境飛行也不是什么難事（大疆PHANTOM4配備了基于視覺的自動避障模塊）。 由于某些飛行任務的需要（跟拍，定點巡航），仍然需要在這種環(huán)境下飛行，于是在現(xiàn)有條件下，我們在一條較為寬闊的街道進行了實驗。 實驗目的實驗目的測試城市街道中亂流對多旋翼飛行器的影響。 實驗預測實驗預測街道中不穩(wěn)定的亂流會使多旋翼飛行器難以控制。 實驗工具和器材實驗工具和器材大疆PHANTOM 4、秒表、風速計。 實驗方案設計實驗方案設計選擇一條兩端有十字路口的寬闊大街，從街道的一頭開始，使用具有自動避障功能的多旋翼飛行器進行勻速30m高度的爬升。 之后在街道中，隨機選取障礙物較少的點，做爬升實驗。 實驗結(jié)果記錄和處理表2街道飛行實驗數(shù)據(jù)表對照組實驗組1實驗組2實驗組3實驗組4實驗組5實驗組6實驗組7實驗組8實驗組9實驗組10風速00.30.600.10.30.6000.40.5爬升速率4.854.547.144.54.484.414.844.624.844.92爬升高度30m30m30m30m30m30m30m30m30m30m30m所用時間6.2s6.0s6.6s4.2s6.3s6.7s6.8s6.2s6.5s6.2s6.1s偏移距離2.2m3.4m1.2m1.6m1.4m2.6m1.2m1.4m6m2.4m3.6m(注這里風速取各個方向風速的絕對值)實驗分析與結(jié)論根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以看出，在城市街道環(huán)境飛行時，來往車輛會引起氣流的方向突然發(fā)生變化。 車輛駛來時氣流會突然抬升，致使飛行器隨氣流突然抬升，當車輛駛離時，強烈的下降流會牽引飛行器下降并朝著車輛行駛方向飛行，當多輛車輛混合行進時，氣流變化十分復雜，在很大程度上影響飛行器飛行的穩(wěn)定性，飛手應該盡量避免在此種環(huán)境下飛行，或者配備有自動避障功能的飛行器。 4.2鄉(xiāng)村環(huán)境飛行南昌航空大學學士學位論文8多旋翼飛行器應用的領域多種多樣，植物保護就是其中一種。 這中飛行任務的產(chǎn)生需要飛手去鄉(xiāng)村進行飛行，鄉(xiāng)村相對于城市來說，飛行場地更為開闊，而且干擾也并沒有城市中那么多。 相對來說比較輕松。 但是在不同的地形飛行，仍然存在飛行風險，我們就這幾種較為特殊的地形，進行了幾種針對性的實驗。 4.2.1山谷地形飛行實驗背景實驗背景多旋翼飛行器在商業(yè)拍攝領域的使用，使其在復雜地形拍攝成為必要。 山谷就是其中一種。 不管是景區(qū)宣傳片，還是電影取景制作。 山谷谷間飛行的穩(wěn)定性尤為重要，對此，我們進行了一系列的實驗。 實驗目的實驗目的測試影響山谷間多旋翼飛行的主要因素。 實驗預測實驗預測山谷間出現(xiàn)的上升和下降氣流會使飛行器飛行不穩(wěn)定，出現(xiàn)的谷風會使得飛行器的航向偏移。 實驗工具和器材實驗工具和器材大疆PHANTOM3（PROFESSIONAl）、秒表、風速計。 實驗方案設計實驗方案設計在一山谷的入口，做勻速60m的爬升，之后做勻速的200m直線運動，收集爬升所用的時間、勻速運動的時間、風速、航向偏移的距離。 實驗結(jié)果記錄和處理表3山谷地形飛行試驗數(shù)據(jù)對照組實驗組1實驗組2實驗組3實驗組4實驗組5實驗組6實驗組7實驗組8實驗組9實驗組10風速(m/s)012.30.41.63.21.20.61.52.61.2爬升速率6.255.945.3655.886.256.96.255.775.365.66爬升高度60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m爬升時間9.6s10.1s11.2s12s10.2s9.6s8.79.610.411.210.6爬升偏移距離06m3.6m4m2.3m12m3m4.5m0.6m5.3m2m運行距離200m200m200m200m200m200m200m200m200m200m200m運行時間20.1s19.6s17.6s18.3s22.4s19.4s17.6s18.3s19.2s21.3s20.1s(注這里風速取各個方向風速的絕對值)實驗分析與結(jié)論白天由于谷風的影響，多旋翼飛行器爬升速度受到上升氣南昌航空大學學士學位論文9流的抬升，爬升速率較快；進出山口的風力受到山峰阻擋，可能突然加大，橫向風風向不定，飛行時應當注意抬升過快以及橫向風方向突變等問題，避免造成抬升過度，飛丟飛行器，以及橫向風影響飛行器飛行軌跡。 4.2.2平原地形飛行實驗背景實驗背景平原地形飛行是鄉(xiāng)間最為普遍的飛行了，不管是農(nóng)田作業(yè)，還是植物保護，平原空曠的環(huán)境也會使得飛行更為輕松，但是，快速的平原風和開闊地所造成的眩暈效果，使得飛行仍然存在隱患。 對此，我們進行了實驗。 實驗目的實驗目的測試強力的側(cè)向風對飛行器的具體影響，以及產(chǎn)生空曠眩暈的因素。 實驗預測實驗預測側(cè)向風使得無人機平原做業(yè)偏移距離，農(nóng)藥噴灑不精確。 實驗工具和器材實驗工具和器材大疆PHANTOM3（PROFESSIONAl）、秒表、風速計。 實驗方案設計實驗方案設計選擇一塊較大的農(nóng)田，做往返運動（模擬正常的田間作業(yè)）以不使用風向標和風力測試裝置的實驗組為對照組，用相同的飛行方式，分別測試使用風向標和風力測試裝置不同組下的飛行狀態(tài)，主要收集航向偏移數(shù)據(jù)。 選擇區(qū)域較大的農(nóng)場，進行長距離的往返飛行，記錄產(chǎn)生眩暈的時間和因素。 實驗結(jié)果記錄和處理表4平原地形飛行實驗數(shù)據(jù)對照組實驗組1實驗組2實驗組3實驗組4實驗組5實驗組6實驗組7實驗組8實驗組9實驗組10風速(m/s)1.23.21.122.33.21.62.43.21.62.2運行距離35m35m35m35m35m35m35m35m35m35m35m運行時間60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m偏移距離4.1m6m3.1m2.3m4m6.3m2m2.3m5.7m2.2m4.2m(注這里風速取各個方向風速的絕對值)實驗分析與結(jié)論平原地形是無人機飛行最為理想的環(huán)境，空曠、視野開闊、南昌航空大學學士學位論文10干擾較少，在練習飛行的時候，一般也會選取這種地形。 這種地形主要需要注意的問題就是強力的橫向風和空曠眩暈。 突然出現(xiàn)的橫向風讓飛手猝不及防，無人機會偏離預定的飛行航線，需要飛手進行修正。 飛行時間過長會產(chǎn)生空曠眩暈。 當然，空曠眩暈的產(chǎn)生有多種因素，比如強烈的陽光照射、多旋翼飛行器的運行速度、飛手的狀態(tài)等等。 4.2.3丘陵地形飛行4.2.3丘陵地形飛行實驗背景實驗背景鄉(xiāng)間最常見的地形就是丘陵地形，當然，大型的農(nóng)場一般建在平原，丘陵地形果園居多。 這類地形飛行與山谷和平原都不同，我們就這種特殊地形，進行了一系列實驗。 實驗目的實驗目的測試丘陵地形影響飛行的因素。 實驗預測實驗預測影響丘陵地帶飛行器飛行的因素不僅存在上升下降流還有側(cè)向風。 實驗工具和器材實驗工具和器材大疆PHANTOM3（PROFESSIONAl）、秒表、風速計、風向標。 實驗方案設計實驗方案設計選擇建于丘陵地帶的果園，分別在園內(nèi)的最高點和最低點進行多組60m勻速爬升測試，記錄時間、風速、航向偏移距離。 實驗結(jié)果記錄和處理表5丘陵地形飛行實驗數(shù)據(jù)（區(qū)域高點）對照組實驗組1實驗組2實驗組3實驗組4實驗組5實驗組6實驗組7實驗組8實驗組9實驗組10風速(m/s)01.61.41.32.11.61.41.81.71.30.8爬升速率55.665.945.366.255.885.775.885.945.885.88爬升高度60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m所用時間12s10.6s10.1s11.29.610.210.410.210.110.210.2偏移距離0m4m4.6m4.2m6m4.6m3.6m4.2m5.1m4.1m3.8m表6丘陵地形飛行實驗數(shù)據(jù)（區(qū)域低點）對照實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗組南昌航空大學學士學位論文11組組1組2組3組4組5組6組7組8組910風速(m/s)00.81.20.60.400.60.71.11.40.9爬升速率54.414.294.764.553.854.883.94.584.234.92爬升高度60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m60m所用時間12s13.6s14s12.6s13.2s15.6s12.3s15.4s13.1s14.2s12.2s偏移距離0m1.2m1.4m2.6m2.2m1.3m2.1m2.1m0.6m1.4m1.5m實驗分析與結(jié)論丘陵地形飛行時分為兩種，一種是在高點，一種是在谷中。 在高點飛行時，由于高點受橫向風和上升氣流影響，爬升效率非常高，橫向風使飛行器難以控制，飛手得提前觀察環(huán)境并且提前預判作出提前量的抗風飛行措施。 在谷中飛行時，受到的橫向風變小，但是下降氣流容易使得飛行器撞到環(huán)境中的障礙物，建議安裝有聲吶模塊的多旋翼飛行器飛行。 5區(qū)域無線定位系統(tǒng)多旋翼飛行器現(xiàn)有的自主飛行定位系統(tǒng)是以GPS為主導，其它模塊為輔助的一種定位系統(tǒng)。 GPS定位技術發(fā)展成熟，但是仍然存在由于信號干擾而產(chǎn)生的定位精度不足，于是就有了其它輔助模塊輔助飛行（例如聲吶、激光雷達等等）在實際的城市或者復雜地形飛行時，暴露出了一系列問題。 在實際的飛行中，我和我的伙伴們也遇到了不少關于定位不足而產(chǎn)生的問題，比如由于精度缺失，多旋翼飛行器在橫穿狹窄空間時，需要飛手手動校準，但是某些特殊的地形飛手不能近距離操縱（在上面的街道飛行實驗時，就有遇到穿越樹冠從，而飛手看不見飛行器的問題），自主飛行的GPS模塊又不能正常工作，就使得很多本來多旋翼飛行器能夠應用的場合無法發(fā)揮出它應有的作用。 就多旋翼飛行器在我國現(xiàn)有的發(fā)展水平而言，多數(shù)是應用于室外寬闊的簡單地形。 然而多旋翼飛行器十分靈活，完全能夠勝任復雜空間的復雜飛行任務。 多旋翼飛行器的飛行之所以被限制，就是現(xiàn)有的定位技術已經(jīng)無法滿足如此之高的定位精度。 區(qū)域無線定位系統(tǒng)是多旋翼飛行器在一定區(qū)域內(nèi)高精度自主飛行的關鍵技術。 它和傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)相比有著定位精度高、定位速度快、信號頻率不易受干擾等優(yōu)勢。 但是由于現(xiàn)有的多旋翼飛行器制造商過于依賴GPS定位系統(tǒng)，使得此南昌航空大學學士學位論文12種技術沒有得到充分的發(fā)展，尤其是在我國，這一技術基本處于空白狀態(tài)。 當前GPS定位技術的民用精度在理想情況下才能到3m，（注這是在我國能夠使用的精度。 軍用級別0.3m）而現(xiàn)有的多旋翼大部分的機架長度都大于0.3m，所以使用GPS模塊的飛行器大部分都使用了其它模塊輔助，并且有飛手實時觀測，才能做到低風險的自主飛行。 對于城市中高密度的建筑和大量的電測干擾，基于GPS模塊的多旋翼飛行器飛行就需要飛手實時注意掌控，讓飛行器自主飛行很難做到。 若配合多模塊避障，成本又會很高。 多旋翼飛行器無法安全用于城市，這與它的設計初衷不相符合。 這就需要發(fā)展區(qū)域無線定位系統(tǒng)。 區(qū)域無線定位是聯(lián)合地面基站、WiFi、藍牙等無線發(fā)射終端所建立的一種適用于區(qū)域的定位技術。 可以在城市建立這種定位網(wǎng)，然后飛行器搭載所對應的接收器，就能高精度的自主飛行。 （定位精度可以到1厘米）并且可以盡量少的搭載其它輔助飛行模塊。 這種系統(tǒng)建立之后，可以適配所有的飛行器進行自主飛行。 這樣一來，多旋翼飛行器的優(yōu)勢就能夠充分發(fā)揮。 隨著多旋翼飛行器的發(fā)展，進行城市飛行的需求會越來越大，過分依賴GPS模塊不僅不利于多選于飛行器區(qū)域無線定位系統(tǒng)的發(fā)展，還讓國內(nèi)的多旋翼飛行器與國外的定位技術高度耦合，這無疑也是不利于國內(nèi)多旋翼飛行器的發(fā)展。 本文希望能夠拋磚引玉，讓更多的飛行器愛好者能夠重視這種技術，從而推動區(qū)域無線定位技術的發(fā)展。 南昌航空大學學士學位論文13參考文獻1秦博，王蕾.無人機發(fā)展綜述J.飛航導彈.xx (8):4-10.2岳基隆，張慶杰，朱華勇.微小型四旋翼無人機研究進展及關鍵技術淺析J.電光與控制.xx,17 (10):46-52.3Bouabdallah S,Noth A,Siegwart R.PID vsLQ controltechniques appliedto anindoor microquadrotorC.IEEE,xx.2451-2456.4Baranek R,Solc F.Modelling andcontrol ofa hexa-copterC.IEEE,xx.19一23.5Er MJ,Yuan S,Wang N.Development controland navigationof OctocopterZ.IEEE,xx.1639-1643.6減克，孫永華，李京，等.微型無人機遙感系統(tǒng)在汶川地震中的應J.自然災害學報.xx,19 (3):162-166.7Weiss 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