基于Labview的磁罗盘测试系统设计与实现

磁罗盘是无人机航向测量的常用关键部件,为了测试其性能的好坏,设计了一套基于PXI总线计算机等硬件和Labview软件的磁罗盘智能测试系统。该系统能够有效地完成LP-1磁罗盘各项性能测试,具备友好的人机交互界面,能够对测试数据进行保存。实际应用表明,该系统工作稳定、操作简便,在无人机部件装机放飞前能够及时发现磁罗盘部件故障隐患,提高了无人机飞行安全。     

磁罗盘空间特性校准装置研究

磁罗盘在不同地磁场下使用的性能有差异，而常规手段只能对磁罗盘在实验室地磁场环境下的性能进行校准，所[JP2]以其校准结果在实际使用中是有风险的。介绍一种磁罗盘空间特性校准装置，主要由地磁场复现系统和三轴无磁转台组成，地磁场复现系统可模拟地球上不同经纬度和不同离地高度的地磁场，配合作为角度标准器的三轴无磁转台，对磁罗盘在地球上不同地磁场下的性能进行校准，确保磁罗盘在不同空间使用时的量值准确可靠。     

磁罗盘空间特性校准装置研究

磁罗盘在不同地磁场下使用的性能有差异,而常规手段只能对磁罗盘在实验室地磁场环境下的性能进行校准,所以其校准结果在实际使用中是有风险的。介绍一种磁罗盘空间特性校准装置,主要由地磁场复现系统和三轴无磁转台组成,地磁场复现系统可模拟地球上不同经纬度和不同离地高度的地磁场,配合作为角度标准器的三轴无磁转台,对磁罗盘在地球上不同地磁场下的性能进行校准,确保磁罗盘在不同空间使用时的量值准确可靠。     

基于差分磁罗盘的组合航向系统

为了解决在城市交通中动态干扰磁场对磁罗盘的干扰问题,对磁罗盘动态干扰的特点进行了分析;提出了差分磁罗盘DMC(Differential Magnetic Compasses)的概念;设计了基于差分磁罗盘和速率陀螺的组合航向实验系统;研究了基于阈值判断的差分磁罗盘动态干扰识别技术.实地跑车实验结果和理论分析吻合较好.实验表明:与单一磁罗盘相比,差分磁罗盘能较好地识别出动态磁场干扰,提高了磁罗盘在城市交通中的可用性.组合航向系统的鲁棒性和精度也得到了提高.      

无人机虚拟仪器测试系统设计应用研究

根据无人机测试要求,详细介绍了由虚拟仪器技术组建的无人机测试系统。该测试设备以PXI总线型高性能计算机为控制核心,采用开关阵技术、程序模式配置测试流程,对无人机机载传感器、飞控计算机性能实施快速检测,具有通用性、智能化和自动化的特点,可实时精确地采集、处理、存储数据。该系统成功运用于某型无人机的检测。     

一种AMR磁罗盘的误差建模与校准方法

针对传统磁罗盘硬磁校准时容易受到外界干扰,标定校准为相对值的问题,详细分析了AMR(Anisotropic Magneto Resistance,各向异性磁阻效应)磁罗盘的系统误差并建立其误差模型,提出了标量校准方法用于磁罗盘的硬磁标定校准.与传统方法相比,该方法不需要确切的航向参考值,利用任意多位置下的大量测试数据通过迭代求取校准参数的最优解,通过施加约束避免校准过程中磁干扰的影响,并且校准值为绝对矢量.经过硬磁校准,磁罗盘航向精度提高7倍.实验结果验证了该方法的有效性和实用性.     

用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统设计

针对铯光泵磁强计对原子气室温度高稳定性及无磁干扰的要求，设计了一种用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统。该系统主要包括无磁加热器件与无磁恒温控制电路。无磁加热器件采用微机电系统工艺的双层对称四线结构，可有效抑制电流产生的磁场；无磁恒温控制电路通过交流加热进一步减小恒定磁场干扰，以现场可编程门阵列为核心，使用直接数字式频率合成技术产生高频加热信号，再经功率放大进行无磁恒温控制，减少硬件电路资源。测试结果表明，气室恒温控制的温度噪声峰峰值可达到0.02 ℃，满足光泵磁强计的性能要求。     

无人机动态校准系统研究

针对无人机使用维护特点和计量保障需求，研究提出了无人机动态校准系统的设计方案，该系统包括电磁环境模拟、无线电信号测量和校准数据处理等3个分系统。利用该动态校准系统，可以实现无人机全系统校准，精准掌控无人机系统级技术状态，确保无人机执行任务能力保持。     

垂直起降固定翼无人机串联混电系统优化设计

针对垂直起降固定翼无人机的动力需求特点，提出了一种专用于该类无人机的串联混电系统(S-HES)优化设计方法。首先，建立了旋翼、固定翼及转换模式下的垂直起降固定翼无人机的功率需求模型和基于串联混电系统功率传递路径的混电功率解算方程，给出了计及功率约束、能量约束及电池充电的电池质量解算方法，并在大量统计数据的基础上建立了其他混电部件质量解算方程。其次，使用威兰氏线法建立了考虑发动机工作点变化的燃油消耗模型。使用柯西变异粒子群算法基于各物理数学模型在飞行剖面内的各个飞行阶段展开混电控制参数优化，从而完成垂直起降固定翼无人机的顶层设计要求向串联混电系统最佳供电策略、设计功率及质量分配方案的转化。在城市货运和山区货运2种应用场景下对所提方法进行了验证。最后，分析了优化设计结果对于不同飞行阶段性能要求的敏感性。研究结果表明:所提方法可较好地捕捉垂直起降固定翼无人机任务剖面的调整及各飞行阶段的性能要求变化对串联混电系统优化设计结果的显著影响，对垂直起降固定翼无人机的各类应用场景均具有较好的适应性。      

大型无人机电源系统故障诊断专家系统

在以PXI总线和虚拟仪器技术为核心的测试系统平台基础上,针对大型无人机机载电源系统及典型配电结构,通过故障模式分析和故障树设计等手段,设计了适用于大型无人机机载电源系统的故障诊断专家系统来推理故障原因、定位故障位置和提出解决措施.在该系统中,建立了基于规则的正向推理专家知识库并引入置信度因子来解决故障的非精确推理问题.通过某型无人机电源系统的试验验证,本系统可有效提高测试的智能化程度,满足无人机机载系统的维修性、保障性要求.     

无人机大气数据高速检测系统的设计

无人机大气数据(高度、空速)的检测速度关系到飞行控制系统的性能。选定传感器模块后,要从采集前端提高检测系统的速度较困难。基于GM8123芯片建立的数据检测系统,提出了运用串口扩展技术提高数据传输速率,进而实现系统对数据的高速采集和处理。实验证明:本系统对于提高无人机大气数据检测的动态性能,提高测量精度有较高实用价值。     

基于飞行数据的无人机平飞动作质量评价模型

针对无人机（UAV）操纵质量高低多依赖专家主观评判、不同飞行动作缺乏针对性评判标准的问题,建立了根据飞行数据客观评价无人机平飞动作质量的模型。首先通过建立平飞判别规则识别无人机飞行数据中的平飞动作数据段,然后根据布林通道理论计算各平飞数据段内多个飞行参数的得分值,最后通过"熵权法"确定各参数的权重,进而得到反映不同无人机操控手平飞动作质量的指标数据。将一次四边平飞训练任务中4组不同无人机操控手操纵和1组无人机自主控制的飞行数据输入该模型,计算结果表明,模型可以较好地识别平飞动作并区分不同操控手平飞动作质量的高低,可以为无人机操控手的训练提供参考。      

燃料电池无人机动力系统半实物仿真

针对燃料电池无人机（UAV）动力系统飞行测试困难的问题,为了提升动力系统设计与开发水平,以燃料电池、锂电池、DC/DC功率转换器、电子调速器和直流无刷电机组成的动力系统作为实物介入,无人机动力学、自动驾驶仪、螺旋桨、飞行环境等数学模型为软件部分,无人机的油门信号控制及飞行过程中电机的载荷等为模拟仿真部分,以信号发生器、测功机及扭矩加载装置为软硬件接口,设计并搭建了燃料电池无人机动力系统半实物（HIL）仿真平台。面向典型任务剖面,基于状态机管理策略,对燃料电池/锂电池电动无人机的动力系统进行了半实物仿真研究,分析了半实物仿真平台和管理策略的有效性和实用性。      

遥控模式下无人机系统纵向飞行品质评定

建立了无人机系统模型,根据通信数据链存在时延、无人机飞行员不能直接感受到无人机的过载信息等特点,参照有人驾驶飞机飞行品质准则,提出了遥控模式下无人机系统纵向飞行品质的评定方法.对某算例无人机系统的纵向短周期飞行品质及驾驶员诱发振荡(PIO,Pilot-induced Oscillations)趋势进行了评定及分析.结果表明:通信数据链对无人机系统的短周期频率、阻尼等特性的影响较小;但是,无人机飞行员在地面控制站遥控操纵无人机时,通信数据链时延会增加无人机系统的延迟时间,导致闭环操纵的短周期飞行品质发生降级,并具有PIO倾向;为避免发生PIO,应避免无人机在遥控模式下执行快速机动飞行任务.     

基于磁滞电机的无人机舵回路设计CSCD

舵回路是无人机飞行控制系统中的一个重要环节。飞行控制系统通过舵回路控制无人机的角运动,从而实现对无人机的操纵使其稳定飞行。基于某型号磁滞电机和"田口"三次设计方法,分析了位置反馈和速度反馈对舵回路的影响,确定了其取值范围,设计了某型号无人机舵回路,并进行了仿真试验,试验结果表明,该设计是可行的。     

无人机飞行安全控制与安控器设计

针对无人机飞行安全问题,介绍了提高任务飞行安全的技术、方法和措施,提出了基于GPS卫星接收机,独立于飞控系统的无人机安控器设计思路。在研究安控策略的基础上,设计了无人机安控器,并结合某型无人机进行了安控仿真试验,结果表明安控器有效、方案可行。     

基于空间两点的视觉自主着陆导引算法设计

为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方向为参考,结合合作矢量特征,设计航迹倾斜角指令;利用图像信息,设计速度大小指令。最后,理论比较了传统轨迹与提出轨迹对方向机动性性能的要求,给出了轨迹参数与无人机方向机动性性能的关系。利用Simulink搭建系统仿真平台,计算满足要求的合作矢量特征。结果表明,无人机以曲线轨迹准确软着陆到目标,满足实际运用的需要。      

基于VC++/GL Studio的通用飞行组合虚拟仪表设计及实现

为了满足某无人机半实物仿真系统视景显示需要,针对视景界面复杂、显示数据种类多、实时性和流畅性要求高的特点,设计了基于GL Studio的组合虚拟仪表界面。详细介绍了组合虚拟仪表设计和实现过程,并通过VC++平台实现了网络通信和数据驱动仪表显示功能。仿真系统实际应用表明：该飞行组合仪表工作性能可靠,人机界面友好,具有良好的可重构性,满足不同无人机飞行仿真系统和飞行训练系统使用需求。