飛行控制系統(tǒng)功能介紹

1、飛行控制系統(tǒng)功能介紹目錄一、綜述1二、飛控的相關(guān)系統(tǒng)說明11.飛控的基本子系統(tǒng)21.1航向控制系統(tǒng)21.2速度控制系統(tǒng)31.3高度控制系統(tǒng)41.4自動著陸系統(tǒng)52.測試機飛控所需的子系統(tǒng)62.1GPS系統(tǒng)72.2傳感器、溫濕度傳感器系統(tǒng)82.3飛行器自動穩(wěn)定控制系統(tǒng)112.4航向偏離控制系統(tǒng)112.5顯示系統(tǒng)122.6信號反饋控制系統(tǒng)122.7自動飛行控制系統(tǒng)132.8自動導(dǎo)航系統(tǒng)143.測試機飛控所需擴充系統(tǒng)功能153.1自動避障系統(tǒng)153.2語音播報系統(tǒng)173.3物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)173.4攝錄系統(tǒng)184.測試機飛控的其他功能184.1自動尋路控制系統(tǒng)184.2自動跟蹤系統(tǒng)194.3一鍵返航系統(tǒng)1

2、94.4雙飛控系統(tǒng)194.5降落傘系統(tǒng)195.飛行控制系統(tǒng)的常用外設(shè)接口20一、綜述本設(shè)計調(diào)研依據(jù)飛行控制系統(tǒng)（以下簡稱“飛控”）功能進行的系統(tǒng)調(diào)研。本飛行控制系統(tǒng)刪減了翻滾、特技系統(tǒng)功能；以此對飛控系統(tǒng)的相關(guān)系統(tǒng)功能進行功能收集，由于本人的資料有一大部分是網(wǎng)絡(luò)收集，會造成信息描述不準，還請大家見諒！。飛控系統(tǒng)的相關(guān)子系統(tǒng)描述如下圖1：圖1二、飛控的相關(guān)系統(tǒng)說明飛控系統(tǒng)的子系統(tǒng)功能分類方式有很多種，可以按飛控系統(tǒng)的子系統(tǒng)功能分類，按飛控系統(tǒng)涉及的子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系分類，按飛控系統(tǒng)設(shè)計的子系統(tǒng)基本功能和選配功能分類等等，本文現(xiàn)階段以調(diào)研飛控系統(tǒng)功能為主，故選擇按飛控系統(tǒng)的系統(tǒng)功能分類為主。1. 飛控

3、的基本子系統(tǒng)飛控的基本子系統(tǒng)功能包括航向控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、高度控制系統(tǒng)和自動著陸系統(tǒng)。如圖1-1所示。圖1-11.1 航向控制系統(tǒng)航向控制系統(tǒng)包括前飛、后飛、左飛、右飛、左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎；基本用途是獲取手動控制信號或自動控制指令，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到方向控制舵機，讓舵機實現(xiàn)相應(yīng)的動作，從而配合旋動系統(tǒng)（動力系統(tǒng)）完成方向的控制。通過轉(zhuǎn)向舵和方向舵兩個通道控制飛行器在水平面內(nèi)的航跡的系統(tǒng)，它以偏航角()控制系統(tǒng)或轉(zhuǎn)向角()控制系統(tǒng)為內(nèi)回路。其中典型的方案以方向舵通道為主通道，以轉(zhuǎn)向舵通道為輔助通道，后者只起阻尼和協(xié)調(diào)的作用。側(cè)向偏離(Z，即飛行器位置與預(yù)定航線的橫向偏

4、差)信號通過第一限幅器后與偏航角信號綜合，再經(jīng)過第二限幅器與轉(zhuǎn)向角和轉(zhuǎn)向角速度信號綜合，然后送入轉(zhuǎn)向舵回路操縱轉(zhuǎn)向舵機。第一限幅器的作用是防止因側(cè)向偏離信號過大而產(chǎn)生超過90的偏航角，從而造成之字形的航線;第二限幅器的作用是在轉(zhuǎn)彎時限制滾轉(zhuǎn)角，使它不致過大。航向控制系統(tǒng)功能如圖1.1所示。圖1.11.2 速度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)包括最大速度設(shè)定和巡航速度設(shè)定，基本用途是獲取手動控制信號或自動控制指令，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到電機控制器或發(fā)動機油門控制系統(tǒng)，從而完成實現(xiàn)對飛行速度的控制。在保持定速狀態(tài)下，空速差(V)等于當時空速(V)與系統(tǒng)投入該狀態(tài)瞬間空速(V0)之差。在預(yù)

5、選空速狀態(tài)下，空速差等于當時空速與預(yù)選空速(Vg)之差。為提高控制速度的精度，須引入空速差的積分信號。在保持飛行器姿態(tài)或飛行高度不變的條件下，空速也可由油門自動控制。將空速差和空速變化率信號引入油門控制器來改變發(fā)動機油門的大小。如不滿足上述條件，改變油門大小只能使飛行器升高或降低，而速度不變。為防止隨機陣風引起空速頻繁變化以致對發(fā)動機過分頻繁調(diào)節(jié)，一般將空速差和空速變化率信號經(jīng)過陣風濾波器(通常為低通濾波器)進行濾波。為了改善飛行器速度控制的質(zhì)量，常采用比例加積分再加微分的控制方式。當飛行速度達到設(shè)計最大值時，飛控系統(tǒng)將對超出最大值的電機控制信號或發(fā)動機油門控制信號進行鎖定，使飛行速度將不再進

6、行增加。當飛行器飛行時，設(shè)計當手控制速度搖桿在一個位置超過5秒時，進入自動巡航模式和定高模式，人可以松開控制速度和方向的搖桿，飛行器將按照手控制搖桿的速度和方向等高飛行；解除巡航與定高模式時，為了防止誤碰搖桿，需要輕微撥動速度控制搖桿或方向控制搖桿兩次后，即可回到手動模式。1.3 高度控制系統(tǒng)高度控制系統(tǒng)包括最大高度設(shè)定、上升、下降和懸停。基本用途是獲取手動控制信號或自動控制指令，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到電機控制器或發(fā)動機油門控制系統(tǒng)，從而完成實現(xiàn)對飛行高度的控制。它以飛行器俯仰角控制系統(tǒng)為內(nèi)回路，因此除包括與自動駕駛儀俯仰通道中相同的元、部件(如俯仰角敏感元件、計算機、舵

7、回路等)外，還包括產(chǎn)生高度差(當前高度與期望高度的差值H)信號和升降速度信號的敏感元件。專用的高度修正器或大氣數(shù)據(jù)計算機能輸出高度差和升降速度信號。高度控制系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài):一種是自動保持飛行器在當時的高度上飛行，簡稱定高狀態(tài);另一種是自動改變飛行高度直到人工預(yù)先選定的高度，再保持定高飛行，簡稱預(yù)選高度狀態(tài)。當駕駛員撥動預(yù)選高度旋鈕調(diào)到預(yù)選高度刻度時，飛行器自動進入爬高(或下滑)狀態(tài)。在飛行器趨近預(yù)選高度后，自動保持在預(yù)選的高度上作平直飛行。當飛行高度達到設(shè)計最大值時，飛控系統(tǒng)將對超出最大值的電機控制信號或發(fā)動機油門控制信號進行鎖定，使飛行高度將不再進行增加。當飛行器飛行時，設(shè)計當手控制速度

8、搖桿在一個位置超過5秒時，進入自動巡航模式和定高模式，人可以松開控制速度和方向的搖桿，飛行器將按照手控制搖桿的速度和方向等高飛行；解除巡航與定高模式時，為了防止誤碰搖桿，需要輕微撥動速度控制搖桿或方向控制搖桿兩次后，即可回到手動模式。功能如圖1.3所示。圖1.31.4 自動著陸系統(tǒng)自動著陸系統(tǒng)先把飛行器導(dǎo)引和控制到某一高度(拉平起始高度)，然后利用拉平計算機、自動油門系統(tǒng)和自動抗偏流系統(tǒng)使飛行器拉平直到接地。拉平計算機又稱拉平耦合器。從飛行器進入拉平起始高度，到平穩(wěn)接地稱為著陸段(拉平段)。在著陸段拉平計算機連續(xù)向自動駕駛儀縱向通道發(fā)出指令信號，使飛行器由下滑狀態(tài)變?yōu)橹憼顟B(tài);減小垂直下降速度

9、，最后以小于國家規(guī)定標準值的垂直速度接地。自動抗偏流系統(tǒng)用來自動消除飛行器在接地前由側(cè)風等因素引起的偏流，保證飛行器航向精確對準航跡，并保證機身水平。自動著陸系統(tǒng)包括在飛行中著陸下降速度的設(shè)定，著陸高度設(shè)定，低于著陸高度后的著陸下降標準，著陸后機身水平的問題考慮?；居猛臼谦@取到手動控制信號的著陸指令或自動控制指令的著陸信息時，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到電機控制器或發(fā)動機油門控制系統(tǒng)，從而完成實現(xiàn)對自動著陸的控制。當飛行器到達目標地點后，手動或自動控制飛行器下降，下降速度依據(jù)手動控制或自動信號控制的反饋信號執(zhí)行。當下降到著陸高度設(shè)定值時，飛行器進行下降速度調(diào)整，調(diào)整到按自動著

10、陸標準下降速度進行下降。在下降著陸時，自動伸縮支架上設(shè)計觸點設(shè)置，與飛控的陀螺儀功能配合，保持機體的水平。功能如圖1.4所示。圖1.42. 測試機飛控所需的子系統(tǒng)測試機飛控所需的子系統(tǒng)功能包括GPS系統(tǒng)，傳感器、溫濕度傳感器系統(tǒng)，自動穩(wěn)定控制系統(tǒng)，航向偏離控制系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)，信號反饋系統(tǒng)，自動飛行控制系統(tǒng)，自動導(dǎo)航系統(tǒng)。功能如圖2-1所示。圖2-12.1 GPS系統(tǒng)簡單來說GPS定位系統(tǒng)是靠信號傳輸?shù)胶笈_，來實現(xiàn)定位，GPS終端就是這個后臺，可以幫你實現(xiàn)一鍵導(dǎo)航、后臺服務(wù)、等各種人性服務(wù)。GPS用戶設(shè)備由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備(如計算機)等組成。GPS接收機可捕獲到按一定衛(wèi)星高

11、度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號,跟蹤衛(wèi)星的運行,并對信號進行交換、放大和處理，再通過計算機和相應(yīng)軟件,經(jīng)基線解算、網(wǎng)平差，求出GPS接收機中心(測站點)的三維坐標。GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分?，F(xiàn)今，各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。供出行路線規(guī)劃是導(dǎo)航系統(tǒng)的一項重要的輔助功能，它包括自動線路規(guī)劃和人工線路設(shè)計。自動線路規(guī)劃是由駕駛者確定起點和目的地，由計算機軟件按要求自動設(shè)計最佳行駛路線。人工線路設(shè)計是由駕駛員根據(jù)自己的目的地設(shè)計起點、終點和途經(jīng)點等，自動建立路線庫。線路規(guī)劃完畢后，顯示器能夠在電子地圖上顯示設(shè)計路線，并同時顯示飛行器運行路徑和運

12、行方法。GPS選擇應(yīng)考慮的因素有：定位精度、使用環(huán)境、匹配的接收系統(tǒng)和應(yīng)用前景。功能如圖2.1所示。圖2.12.2 傳感器、溫濕度傳感器系統(tǒng)傳感器系統(tǒng)、溫濕度傳感器系統(tǒng)包含限位傳感器、溫濕度傳感器、傾角傳感器、加速度傳感器、高度傳感器、距離傳感器、方向傳感器和電流傳感器等。I) 限位傳感器限位傳感器就是用以限定上下旋翼位置的運動極限位置的電氣開關(guān)，這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀，機械設(shè)備的運動部件上，安裝上行程開關(guān)，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關(guān)的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機械就改變運行。其基本原理就是當上、下限

13、位開關(guān)被觸碰后，產(chǎn)生電路導(dǎo)通信號，使飛控系統(tǒng)接收到限位開關(guān)的導(dǎo)通信號，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到舵機控制系統(tǒng)，從而避免上下旋翼互相碰撞。II) 溫濕度傳感器溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號的設(shè)備或裝置。用于對飛行器周圍的溫濕度進行監(jiān)測，在周圍環(huán)境溫濕度不符合飛行要求時，對飛行器禁止起飛；或飛行中發(fā)現(xiàn)溫濕度變化較大，接近下雨時的濕度值時提示駕駛者緊急降落。從而達到保護飛行安全的一種輔助設(shè)備。其基本原理就是把溫濕度傳感器的測量值變換為電信號傳輸?shù)斤w控系統(tǒng)，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到電機控制器或發(fā)動機油門控制系統(tǒng)，從而鎖定電機控制器或

14、發(fā)動機油門控制系統(tǒng)，保障飛行的安全。III) 傾角傳感器傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為固體擺式、液體擺式、氣體擺三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。傾角傳感器是飛控系統(tǒng)自穩(wěn)模式的主要部件。用于保障飛行器的平穩(wěn)飛行。其基本原理就是把傾角傳感器的測量值變換為電信號傳輸?shù)斤w控系統(tǒng)，經(jīng)過飛控系統(tǒng)進行計算并進行補償后把指令輸出到舵機控制系統(tǒng)，使飛行器進行平穩(wěn)的飛行，輔助保障飛行的安全。IV) 加速度傳感器加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備。加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是個常量，比如g，也可

15、以是變量。加速度計有兩種：一種是角加速度計，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進的。另一種就是線加速度計。V) 風速傳感器風速傳感器是可連續(xù)監(jiān)測上述目標地點的風速、風量(風量=風速x橫截面積)大小，能夠?qū)λ幍胤降娘L速風量進行實時顯示，是飛行器起飛前風速安全參數(shù)測量的儀表。VI) 高度傳感器高度傳感器，又稱壓力傳感器，是用于航空電子設(shè)備，引擎和飛行測試，流量和壓力測量的儀器。其原理是測得滑臂與基準線的夾角的大小來換算出相應(yīng)的熨平板的高度。這種方法為接觸式測量。VII) 距離傳感器距離傳感器是利用“飛行時間法”（flying time）的原理來實現(xiàn)測距離，以檢測物體的距離的一種傳感器。飛行時間法”（

16、flying time）是通過發(fā)射特別短的光脈沖，并測量此光脈沖從發(fā)射到被物體反射回來的時間，通過測時間間隔來計算與物體之間的距離。VIII) 方向傳感器方向傳感器是指安裝在飛行器上用以檢測飛行器本身處于何種方向狀態(tài)的部件,而不是通常理解的指南針的功能。方向傳感器（方向感應(yīng)器）通過對力敏感的傳感器，感受飛行器在變換姿勢時，重心的變化，從而使飛行器依據(jù)重心的變化計算出水平方向。重力感應(yīng)技術(shù):利用壓電效應(yīng)實現(xiàn)，簡單來說是是測量內(nèi)部一片重物(重物和壓電片做成一體)重力正交兩個方向的分力大小，來判定水平方向。IX) 電流傳感器為了自動檢測和顯示電流，并在過流、過壓等危害情況發(fā)生時具有自動保護功能和更高

17、級的智能控制，具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術(shù)漸成趨勢，檢測電流或電壓的傳感器便應(yīng)運而生。電流傳感器是用來測量飛行器電機或關(guān)鍵耗電設(shè)備的電流測試部件，并對關(guān)鍵部件進行電流閥值設(shè)定，用以電路自動保護或電機過度損耗。X) 光流傳感器光流是一種簡單實用的圖像運動的表達方式，通常定義為一個圖像序列中的圖像亮度模式的表觀運動，即空間物體表面上的點的運動速度在視覺傳感器的成像平面上的表達。光流的研究是利用圖像序列中的像素強度數(shù)據(jù)的時域變化和相關(guān)性來確定各自像素位置的運動，即研究圖像灰度在時間上的變化與景象中物體結(jié)構(gòu)及其運動的關(guān)系。然而，在實際應(yīng)用中，由于遮擋性、多光源、透明性和噪聲等原因，使得光

18、流場基本方程的灰度守恒假設(shè)條件不能滿足，不能求解出正確的光流場，同時大多數(shù)的光流計算方法相當復(fù)雜，計算量巨大，不能滿足實時的要求，因此，一般不被對精度和實時性要求比較高的飛行器系統(tǒng)所采用。功能如圖2.2所示。圖2.22.3 飛行器自動穩(wěn)定控制系統(tǒng)飛行器自動穩(wěn)定控制系統(tǒng)包括姿態(tài)控制，姿態(tài)控制是指由飛行器通過IMU姿態(tài)結(jié)算后進行PID控制，實現(xiàn)自身最小化傾斜；自穩(wěn)功能又利用陀螺儀功能對飛行器的水平傾角進行水平計算，然后進行補償；飛行器在飛行中利用自動穩(wěn)定系統(tǒng)對飛行器的飛行姿態(tài)進行最小化傾斜控制，從而實現(xiàn)飛行器自身穩(wěn)定。2.4 航向偏離控制系統(tǒng)航向偏離控制系統(tǒng)主要包含航向陀螺儀（directiona

19、l gyroscope），利用陀螺特性測量飛行器航向的飛行儀表。陀螺轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)軸具有方向穩(wěn)定不變的特性。因此方位陀螺儀在飛行器轉(zhuǎn)彎時，雖然儀表殼體隨著飛行器轉(zhuǎn)向，但陀螺轉(zhuǎn)子仍穩(wěn)定在一定方位上，航向刻度指出了飛行器所轉(zhuǎn)過的角度。由于飛行器所在位置的地理北向隨著地球自轉(zhuǎn)和飛行器的運動而不斷地相對于慣性空間轉(zhuǎn)動，所以需隨時修正陀螺自轉(zhuǎn)軸的指向，才能正確地測量飛行器航向角。2.5 顯示系統(tǒng)飛行器的顯示系統(tǒng)包括顯示設(shè)備，顯示設(shè)備包括：信息源，它包含有與飛行器及其環(huán)境有關(guān)的信息和相關(guān)傳感器的反饋信息；信息處理裝置，它能夠根據(jù)從信息源發(fā)出的信息構(gòu)成飛行器的環(huán)境圖像，信息處理裝置構(gòu)成三維合成圖像以

20、便能夠看得見飛行器的位置，以及飛行器通過的環(huán)境，特別是包括飛行器要飛越的地形；及顯示裝置，它包括至少一個顯像屏，并在顯像屏的至少一個區(qū)域上顯示出合成圖像，顯示系統(tǒng)的特征在于：合成圖像至少與另一顯示有關(guān)的信息相一致；顯示設(shè)備與能夠?qū)崿F(xiàn)其它顯示的裝置相鏈接，信息處理裝置利用放大過的高度來建立合成圖像上的地形表示，這個放大的高度對應(yīng)于從信息源所接收到的實際地形的高度，它由數(shù)值范圍基本上在顯示設(shè)備的系數(shù)倍乘而得。顯示屏的的選擇需要考慮的參數(shù)有顯示屏自身所具有的參數(shù)，顯示屏的擴展和顯示屏所具有的兼容性。功能如圖2.5所示。圖2.52.6 信號反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)一般是負反饋，組成閉環(huán)控制回路。輸入信

21、號（指令信號、期望信號）與輸出信號相減形成的誤差信號對執(zhí)行機構(gòu)進行控制，信號最終都是由被控制的物理量轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號。一個反饋控制系統(tǒng)必須有四個最基本的環(huán)節(jié)，即控制對象、測量單元、調(diào)節(jié)單元和執(zhí)行機構(gòu)?？刂茖ο笫侵杆刂频臋C器，設(shè)備或裝置，而所要控制的運行參數(shù)則稱為被控量?？刂茖ο笠部煞Q為被控對象。測量單元的作用是，檢查被控量的實際值，并把它轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號，該信號稱為被控量的測量值。反饋控制系統(tǒng)的作用是設(shè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時突然受到一個外部擾動，被控量將離開初始穩(wěn)定值發(fā)生變化，測量單元將把被控量的實際值送至調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器內(nèi)部，被控量的給定值與測量值進行比較，得到偏差值e，調(diào)節(jié)器依據(jù)偏

22、差值的大小和方向按照某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)改變流入控制對象的物質(zhì)或能量流量，被控量朝著偏差減小的方向變化，這一信號又通過測量單元送至調(diào)節(jié)器，重復(fù)上述過程，最終使被控量又回到給定值或給定值附近，系統(tǒng)達到一個新的平衡狀態(tài)。當改變給定值時，系統(tǒng)的工作與上述過程類似。2.7 自動飛行控制系統(tǒng)所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動的按照預(yù)定的規(guī)律運行。這些外加的設(shè)備或裝置稱為自動控制裝置，它們和控制對象一起形成自動控制系統(tǒng)。自動飛行控制系統(tǒng) flight control system 是指飛行器在飛行過程中，不依賴于駕駛員操縱

23、駕駛桿和腳蹬指令，能夠?qū)︼w行器的構(gòu)形、飛行姿態(tài)和運動參數(shù)實施控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用來保證飛行器的穩(wěn)定性和操縱性、提高完成任務(wù)的能力與飛行品質(zhì)、增強飛行的安全及減輕駕駛員負擔。自動飛行控制系統(tǒng)的作用是自動保持飛機沿三個軸的穩(wěn)定（姿態(tài)穩(wěn)定）；接受駕駛員指令，操縱飛機以達到希望的俯仰角、航向角、空速或升降速度等；接受駕駛員的設(shè)定，控制飛機按預(yù)定的高度、預(yù)定的航向飛行；與飛行管理計算機系統(tǒng)耦合，實現(xiàn)按預(yù)定飛行軌跡的飛行；與著陸系統(tǒng)（ILS）耦合，實現(xiàn)飛機的自動著陸（CAT, , 等）。2.8 自動導(dǎo)航系統(tǒng)自動駕駛儀與導(dǎo)航系統(tǒng)交聯(lián)，即構(gòu)成自動導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航系統(tǒng)通過總線或其他裝置(如飛行管理計算機)將飛機

24、當前的位置和航向偏差信號送入自動駕駛儀計算機，由自動駕駛儀計算機形成并輸出控制指令，將飛機的位置和航向調(diào)整到并保持在預(yù)先給定的航線上飛行。自動導(dǎo)航系統(tǒng)的用途是由飛行器GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）接收機監(jiān)測其當前位置并將數(shù)據(jù)跟用戶自定義的目的地相比較、參照電子地圖計算行駛路線，并實時將信息提供給飛行器駕駛者。飛行器自動導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過程如下：I) 定義目標數(shù)據(jù)信息飛行器駕駛者可以在系統(tǒng)顯示的電子地圖上直接選取目標地點；或?qū)⒛康牡孛Q輸入到系統(tǒng)中。根據(jù)輸入設(shè)備的不同，有不同的地名輸入方法，依靠鍵盤或觸摸屏可實現(xiàn)幾乎全部的操縱功能。為了便利，人們正在加緊開發(fā)應(yīng)用語音識別技術(shù)的產(chǎn)品。II) 顯示電子地圖

25、存儲在光盤或內(nèi)置存儲器(如硬盤)中的電子地圖，是飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。電子地圖的信息庫包括地理、道路和飛行器管制區(qū)域等信息，并與地點對應(yīng)存儲了相關(guān)的經(jīng)緯度信息。當主機從GPS接收機得到經(jīng)過篩選計算確定的當前點經(jīng)緯度數(shù)值，然后通過與電子地圖數(shù)據(jù)的對照，確定飛行器當前所在的地點。一般來說，導(dǎo)航系統(tǒng)會將定義目的地時飛行器的當前位置默認為出發(fā)點，當目的地確定后，導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)電子地圖上存儲的地圖信息，自動計算出一條最佳的推薦路線。有些系統(tǒng)中，用戶還可以指定途中希望經(jīng)過的地點，或者定義一定的路線選擇邏輯(如不允許經(jīng)過飛行限制區(qū)域、按照飛行路線最短的原則等)。推薦的路線將以醒目的方式顯示在屏幕地

26、圖中，同時屏幕上即時顯示出飛行器的當前位置，以作為參照。如果行駛過程中飛行器偏離了推薦的路線，系統(tǒng)會自動更改原有路線并以飛行器當前點為出發(fā)點重新計算最佳路線，并將修正后的路線作為新的推薦路線。3. 測試機飛控所需擴充系統(tǒng)功能測試機飛控所需的功能包括自動避障功能、語音播報功能、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和攝錄系統(tǒng)。功能如圖3-1所示。圖3-13.1 自動避障系統(tǒng)自動避障系統(tǒng)利用測距模塊測得前方障礙物的距離，采用捕獲中斷方式測得發(fā)射信號發(fā)送的邊沿跳變信號與經(jīng)障礙物反射回來的反射信號邊沿跳變信號，做差換算得到測距模塊與障礙物的距離。主流的飛行器避障系統(tǒng)主要有三種，分別是超聲波、TOF，以及相對更復(fù)雜的，由多種測距方

27、法和視覺圖像處理組成的復(fù)合型方法。I) 超聲波避障系統(tǒng)超聲波是最簡單的測距系統(tǒng)，當超聲波遇到障礙的時候就會反射回來，避障系統(tǒng)的接收器根據(jù)接收到的信號強度，從而探測目標的距離，確定飛行路線。在飛行器上安裝定向的超聲波發(fā)射和接收器，然后將其接入飛控系統(tǒng)。但是，超聲波在飛行器避障系統(tǒng)的應(yīng)用中也有比較明顯的干擾問題。雖然超聲波避障系統(tǒng)不會受到光線、粉塵、煙霧，但在部分場景下也會受到聲波的干擾。如果物體表面反射超聲波的能力不足，避障系統(tǒng)的有效距離就會降低，安全隱患會顯著提高。一般來說，超聲波的有效距離是5米，對應(yīng)的反射物體材質(zhì)是水泥地板，如果材質(zhì)不是平面光滑的固體物，比如說地毯，那么超聲波的反射和接收就

28、會出問題。對于飛行器來說，這種超聲波系統(tǒng)應(yīng)該放在多個方向，如放在前后左右四個方向，可以在懸停和飛行的時候?qū)χ車３直O(jiān)控；而放在機身下方，則可以在起飛、下降以及降落的時候避免速度太快碰到障礙物或者地面。II) 光相位檢測(TOF)檢測方法有兩種一種是光的時間，另一種是光的相位。但是總的來說，都是把光打出去，然后檢測反射回來的光，進而判斷無人機的周圍是否有障礙物，距離幾何等等。和超聲波同樣，光波也會受到干擾，而目前城市環(huán)境下樓宇間的光污染，給TOF避障系統(tǒng)帶來了難題，系統(tǒng)發(fā)出的光，必須避開太陽光的主要能量波段，從而避免太陽光的直射、反射等對避障系統(tǒng)造成干擾。至于TOF系統(tǒng)的有效距離，“目前，TOF

29、在室內(nèi)測量距離最大可以到10米，室外強光干擾的話，5米左右。III) 復(fù)合型、機器視覺避障系統(tǒng)這種復(fù)合型避障系統(tǒng)，相對前兩種提到的模式來說技術(shù)含量更高一些。識別的機制分為兩個部分，分別為是超聲波和機器視覺。即除了常規(guī)的超聲波模塊以外，還專門放置了攝像頭用于獲取視覺圖像，然后直接傳輸?shù)綑C載的處理器進行計算處理。當然在工作效率上也有一定的優(yōu)勢。超聲波與機器視覺加起來，幾乎可以在任何照度下對多種材質(zhì)進行較好的識別，從而對無人機在地下停車場封閉環(huán)境中的飛行提供更好的指導(dǎo)，識別的有效范圍可以顯著提升，準確度往往可以達到厘米級。3.2 語音播報系統(tǒng)語音播報系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的語音函數(shù)實現(xiàn)播放和事件提示，根據(jù)設(shè)定

30、函數(shù)完成語音播報，可按照設(shè)定的飛控系統(tǒng)控制程序進行相應(yīng)的控制，能夠隨意設(shè)置語音播報內(nèi)容。語音播報系統(tǒng)原理如下：利用避障系統(tǒng)模塊反饋的信號，經(jīng)過飛控系統(tǒng)的信號處理，語音控制系統(tǒng)模塊根據(jù)接收到的信號，選擇相應(yīng)的語音輸出信號，經(jīng)過揚聲器進行播放，也可以通過功率放大，連接到音箱。在語音播報系統(tǒng)中，語音控制系統(tǒng)可以接收按鍵輸入、觸屏輸入和語音輸入等信號，經(jīng)過語音控制系統(tǒng)進行相應(yīng)的信號處理后輸出到揚聲器或音箱。3.3 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)英文為Internet of Things，縮寫為IOT，國際電信聯(lián)盟在2005年將其定義為:將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、傳感器、全球定位系統(tǒng)

31、、激光掃描器等等，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是面向物與物和人與物的網(wǎng)絡(luò)，它包含多種感知單元(傳感器、RFID等等)，同時支持一種或幾種網(wǎng)絡(luò)通信方式，通過信息物理融合系統(tǒng)為現(xiàn)實世界提供服務(wù)和應(yīng)用。信息物理融合系統(tǒng)(CPS)是一個綜合計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C(Computing、Communication、Control)技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。CPS實現(xiàn)計算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實時協(xié)同。3.4 攝錄系統(tǒng)飛行器攝錄系統(tǒng)主要運用于:拍照攝像、信號指示、資料存

32、儲，也可用于現(xiàn)場降落環(huán)境勘察等。4. 測試機飛控的其他功能測試機飛控的其他功能包括自動尋路控制系統(tǒng)、自動跟蹤系統(tǒng)、一鍵返航系統(tǒng)和雙飛控系統(tǒng)。功能如圖4-1所示。圖4-14.1 自動尋路控制系統(tǒng)自動導(dǎo)航系統(tǒng)與自動避障系統(tǒng)相互配合構(gòu)成自動尋路控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過超聲波等傳感裝置，探測和識別障礙物并測距，避免飛行器對障礙物進行碰撞，及時避開障礙物，還可通過自帶的攝像頭拍攝周圍環(huán)境圖像，自動對飛行器進行路徑規(guī)劃控制。飛行器不管是執(zhí)行簡單的飛行任務(wù)，還是復(fù)雜的多點旅游光、搶險救災(zāi)等任務(wù)，都需要選擇一條安全可行的路徑，避免與飛行空間的障礙物碰撞，即飛行器路徑自動規(guī)劃。圖像處理技術(shù)的發(fā)展促進了計算機視覺在飛

33、行器領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。計算機視覺主要通過視覺傳感器獲取環(huán)境信息，通過圖像處理，提取需要的有用信息。使自動尋路控制系統(tǒng)更加精準的在復(fù)雜地域進行避障與路徑規(guī)劃。4.2 自動跟蹤系統(tǒng)自動跟蹤系統(tǒng)是連續(xù)跟蹤并測 量運動目標軌跡參數(shù)的系統(tǒng)。自動跟蹤系統(tǒng)的目標是以一定速度和加速度運動的車輛、艦船、有GPS定位的行人等。自動跟蹤系統(tǒng)可提供運動目標的空間定位、姿態(tài)、結(jié)構(gòu)行為和性能，是運動目標的多功能和高精度的跟蹤和測量手段。自動跟蹤系統(tǒng)由位置傳感器、信號處理系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和跟蹤架等部分組成。自動跟蹤系統(tǒng)依據(jù)傳感器不同分類:利用電磁波特性的，稱為無線電跟蹤系統(tǒng);利用光波特性的，稱為光學(xué)(光電)跟蹤系統(tǒng)。4.3 一

34、鍵返航系統(tǒng)一鍵返航系統(tǒng)是指飛行器在完成既定任務(wù)接收到自動返航指令或中途取消飛行任務(wù)自動返航時，通過其自身視覺系統(tǒng)或GPS的記錄，自動返回返航點上方并完成自動降落的功能。目前一鍵返航功能主要有兩種方法來實現(xiàn)，一是基于GPS的一鍵返航功能，另一種是基于圖像匹配的一鍵返航功能。4.4 雙飛控系統(tǒng)雙飛控系統(tǒng)，顧名思義，即在一個飛行器上安裝兩個飛行控制系統(tǒng)。雙飛控系統(tǒng)設(shè)計的目的是為了保障飛行器在復(fù)雜的環(huán)境下，當一個飛行控制系統(tǒng)受到干擾或發(fā)生故障時，通過自動算法，排除有問題飛控的干擾或切斷有問題飛控的電源，使用沒有故障或受到干擾的飛控系統(tǒng)，從而保障飛行器設(shè)備的安全飛行。4.5 降落傘系統(tǒng)降落傘系統(tǒng)是當飛行

35、器的旋動系統(tǒng)在飛行中出現(xiàn)問題時，采取的一種安全措施。主要為旋動系統(tǒng)的槳葉折斷或停止旋轉(zhuǎn)而設(shè)計，當出現(xiàn)上述問題時，便可以使用一鍵降落傘功能打開降落傘，保障人的安全。5. 飛行控制系統(tǒng)的常用外設(shè)接口本部分涉及到飛控系統(tǒng)外設(shè)與飛控系統(tǒng)常用的連接端口，并進行了簡要的介紹，用于考慮在設(shè)計飛控系統(tǒng)硬件時，根據(jù)外設(shè)數(shù)量的多少，傳輸效率的優(yōu)劣，進行對飛控系統(tǒng)硬件接口進行相關(guān)的選擇設(shè)計。飛行控制系統(tǒng)的常用外設(shè)接口包含USB接口、SPI接口、TELEM數(shù)傳電臺接口、POWER接口、SWITCH安全開關(guān)接口、串口、GPS接口、CAN接口、IIC接口、SBUS接口。功能如圖5-1所示。圖5-1I) USB接口通用串行

36、總線(英語:Universal Serial Bus，縮寫:USB)是連接計算機系統(tǒng)與或飛控系統(tǒng)外部設(shè)備的一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于計算機系統(tǒng)和移動設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品，并擴展至攝影器材和傳感器等其它相關(guān)領(lǐng)域。最新一代是USB 3.1，傳輸速度為10Gbit/s，三段式電壓5V/12V/20V，最大供電100W ，新型Type C插型不再分正反。USB接口一般的排列方式是:紅白綠黑從左到右。定義:紅色-USB電源: 標有-VCC、Power、5V、5VSB字樣白色-USB數(shù)據(jù)線:(負)-DATA-、USBD-、PD-、USBDT-綠色-USB數(shù)據(jù)線:(正)-

37、DATA+、USBD+、PD+、USBDT+黑色-地線: GND、GroundII) SPI接口SPI(Serial Peripheral Interface-串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信以交換信息。外圍設(shè)備包括FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、LCD顯示驅(qū)動器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCLK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線NSS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號線INT、有的S

38、PI接口芯片沒有主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。III) TELEM數(shù)傳電臺接口數(shù)傳電臺(radio modem) 是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱，又可稱為無線數(shù)傳電臺、無線數(shù)傳模塊。是指借助數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)和無線電技術(shù)實現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺，即采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)。數(shù)傳電臺的使用從最早的按鍵電碼、電報、模擬電臺加無線MODEM，發(fā)展到目前的數(shù)字電臺和DSP、軟件無線電;傳輸信號也從代碼、低速數(shù)據(jù)(3001200bps)到高速數(shù)據(jù)(N*64KN*E1)，可以傳輸包括遙控遙測數(shù)據(jù)、動態(tài)圖像等業(yè)務(wù)。IV) POWER接口POWER接口即電源的接口，分為電源輸入和電源輸出接口。電源輸入接口用于給飛控系統(tǒng)進行供電，對供電的電流，電壓等進行監(jiān)測。電源輸出接口用于給其他元器件進行供電，并對其他元器件的電流、電壓進行監(jiān)測，用于判斷電源類故障。V) SWITCH安全開關(guān)接口關(guān)于安全開關(guān)基本就是說針對某種設(shè)備上,使該設(shè)備始終工作于額定的值以下(或等于此值)或是其安全工作范圍內(nèi)的一種控制器件。SWITCH安全開關(guān)接口用于對某些關(guān)鍵芯片進行安全保護。VI) 串口串行接口（Serial port）又稱“串口”，也稱串行通信