文档介绍：东南大学
硕士学位论文
基于DSP的无人机摄像跟踪平台系统设计与研究
姓名:盛威
申请学位级别:硕士
专业:控制工程
指导教师:费树岷;夏先明
20100117
摘要随着现代社会科学技术和工业的发展,无人侦察机在军事及部分民用领域得到了较大的应用,这对无人侦察技术有了更广泛和迫切的需求。论文介绍了无人机侦察机和机载光电侦察设备的发展状况,叙述了研究摄像跟踪平台的作用和意义,给出了一种跟踪平台系统的设计方法。论文研究的主要以某侦察型无人机搭载的摄像吊舱为研究对象,给出了摄像跟踪平台的总体设计方案,并有针对性地设计了一个基于母倏刂葡低常芯苛似淇制方法,设计了系统的硬件电路和控制软件,实现了摄像平台的手动控制和自动跟踪功论文首先介绍了永磁同步电机及其控制系统的工作原理和控制方式,并根据电机及其速度环控制的特点,给出了一种改进的滑模算法和一类终端滑模控制方法,在环境下进行了电机控制系统的建模和仿真,验证了算法的有效性。然后给出了系统主要硬件电路的总体设计,其中重点介绍了刂仆降缁那缏贰⑾低车缭垂┑电路、及串口通信电路等关键硬件电路,以及作为系统人机接口的操纵器电路,并就硬件电路设计中的设计方法和注意点进行了讨论。接着介绍了系统主要软件的总体设计,重点给出了刂仆降缁目刂瞥绦颍谕ㄐ懦绦颍约安僮萜鞯目刂瞥绦颉另外,介绍了一种在串口通信中增强数据抗干扰能力并能确保通信安全的数据编码方法。最后,通过制作样机进行调试,利用实验验证了文章给出的控制方法,以及电源和通信电路等软硬件的正确性。关键词:无人机跟踪平台欧缁?刂拼型ㄐ能。
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第一章绪论选题背景和研究意义出了广泛的需求【。随着现代社会科学技术和工业的发展,无人侦察机在军事及部分民用领域得到了越来越多的应用,如对机场、港口等交通枢纽的监控,军事设施的侦查,大规模工程设施的巡查,以及山区电力枢纽等人力难以到达的地区的巡查等等应用,应用范围的扩大对无人侦察机提随着应用范围和需求的扩大,给无人侦察机的发展带来了契机,同时也对无人机和侦察设备提出了更高的技术要求。目前国内外在军事领域的侦察设备有着较快发展,早期军事领域航空侦察使用的是胶片航空照相机,后来发展出胝障嗷梢允迪质凳贝渫像,得到的照片也是数字的无需重新扫描胶片,使侦查效率大大提升【俊K孀鸥髦值缱由备小型化的发展,各种侦察设备的发展越来越快,可见光摄像机、红外摄像机逐渐发展成熟,并且可以排除云层干扰对地面目标进行侦查成像的合成孔径雷达等侦查设备也发展出来,无人机可以搭载的设备种类越来越多,需要为侦查设备配套的控制驱动平台系统也相应发展起来【俊可见光摄像机、红外摄像机和合成孔径雷达等侦查设备在侦查时具有共同点,即都需要将设备轴向对准侦查目标,因此本文中的跟踪平台的设计即以安装可见光摄像侦察设备为例。如果设备在无人机上固定安装,那么只能以一定的角度扫过地面某一区域,且受载机的姿态变化影响较大,往往不能准确对准目标,虽然摄像设备性能较高,但因为载体的限制导致侦察效率仍然较低。因此,需要为摄像侦察设备建立起跟踪平台系统,系统相对独立于载机来运行,当载机姿态、位置变化时,跟踪平台可以有效修正偏差量,自动跟踪目标物体,提高侦察效率。摄像跟踪平台也不仅仅执行单一的摄像拍照功能,同时也是无人机飞行控制系统的一个传感器,其获取的目标地理位置信息可以为无人机飞行控制提供信息依据。阆窀倨教ㄔ谖奕嘶尚锌刂浦械囊庖无人机在飞行中有两种控制飞行的方法。一类是按预编程序控制飞行的,通常称为无人驾驶飞机,另一类是通过电视图像、遥控系统由地面或发射机上的操纵者进行实时控制的,此类称为遥控飞机。在实际的无人机飞行控制应用中,往往是两种控制方式结合起来。遥控飞行时,地面控制设备要向无人机发出指令以控制无人机的飞行和机载侦察设备的工作。同时无人机要向地面控制设备发回有关无人机的飞行参数、侦察图象信号等遥测信号,地面控制设备兼有发射信号和接收信号的作用,在军事应用中其发射无线电信号时极易被敌侦测、定位和打击。程控飞行时无人机依照预先编好的航线、高度、机载侦察设备的工作指令等程序进行飞行,地面控制设备勿须发射遥控信号,只需接收无人机发回的图象情报信号和飞行参数,以监视敌地面情况和无人机的飞行状态。因此在军事侦察应用中,采取程控飞行方式使无人机自动完成侦察任务,更便于隐蔽地面控制设备,降低被敌探测和打击的概率,提高空中侦察的成功率。但程控飞行需要预先获知侦察目标区域的坐标,这依赖于前期的情报侦察。在普通民用侦察任务中,例如山区电力设施巡线,线路的坐标都是准确预知和确定的,巡线时只需要将无人机航线规划好就可以准确的实现巡线工作。在军事侦察任务中,无人机遂行侦察任务的目的就是收集情报,提供无人机进行航线规划的