小型無人機空速測量系統(tǒng)設計探討

殷玉娟

摘 要： 無人機飛行中控制系統(tǒng)基本的數(shù)據(jù)參考來源都在于對空速的測量，無人機空速需要在測量氣流動壓的基礎上進行計算。為了保證無人機在飛行中不出現(xiàn)差錯和問題，進行空速測算已經(jīng)成為制約無人機飛行的主要牽制點，也成為分析無人機飛行的主要因素。本文主要針對空速的計算公式對傳感器測量中造成的速度誤差進行測量，提出無人機在飛行測試中的控制系統(tǒng)的精度與要求，進一步提出有效推動無人機飛行的有效方案，為軍事發(fā)展及民用應用提供有價值的參考。

關鍵詞： 小型無人機；空速測量；系統(tǒng)設計

引言：

從現(xiàn)階段軍事發(fā)展及設備應用來看，無人機的使用已經(jīng)在軍事化發(fā)展中被普遍應用，并且得到了軍事化管理中廣泛的認可與認定。在軍事演習中一般將無人機設置為空中偵察平臺及武器平臺，進行偵察監(jiān)視、地面攻擊等一系列軍事操作。而現(xiàn)階段無人機在民用方面的應用也不低于軍事方面的使用，主要在氣象檢測、環(huán)境研究和災害監(jiān)測等各方面造福于人類，為人們的生活和發(fā)展提供相應數(shù)據(jù)的保障。無人機的起飛主要靠飛行速度來獲得起飛的動力，飛機空速的改變相應的也會改變飛機收到的升力和阻力，因此針對無人機飛行中的空速進行有效的控制，能夠保證無人機的飛行安全，進一步提升無人機工作效率的準確性，無人機的空速控制在無人機使用過程中占據(jù)著重要的地位。

一、無人機的測量原理

一般情況下，小型無人機的飛行速度都是在有效分析大氣壓強的基礎上進一步展開計算的，一般的空氣理想氣體為海拔低于11km，而飛行馬赫數(shù)不大于1的飛行氣體。在進行測量的過程中會使用到大氣溫度這個有效數(shù)據(jù)，大氣溫度的獲取一般有以下兩種情況：一是利用傳感器進行測量，傳感器測量方式較靈活，對無人機在大氣環(huán)境下產生的溫度變化反映更加客觀有效，但是使用這種方式會增加無人機飛行系統(tǒng)的載荷；二是利用發(fā)射場的溫度計對無人機的飛行高度進行分析，從而得出大氣溫度，這種方式比較簡便，如果飛機飛行的高度不高，還能夠精準的測算出飛機的測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。當?shù)孛鏈囟确€(wěn)定時，可以從測控系統(tǒng)進一步得出空氣靜壓的數(shù)據(jù)，進一步對飛機的飛行進行測控計算。

二、無人機的系統(tǒng)電路設計內容

這里所提到的是一種高集程度的MEMS器件，能夠有效輸出模擬的新號，一般應用在小型的無人機使用中。這種單片機的生產是根據(jù)現(xiàn)階段越來越多的半導體技術在生產發(fā)展中得來的，在這種技術下應運產生。這種單片機具有較為豐富的高精度的模擬信號的接口、數(shù)字接口更加靈活，具有方便的串行通信接口，與小型無人機的飛行系統(tǒng)更為契合，能夠更好的滿足飛行系統(tǒng)中模擬信號和數(shù)字信號采集的需要，總體來說，這種單片機的應用主要有以下幾個特點：這種傳感器的輸出的模擬信號靈敏程度較高；單片機采集的A/D的精確度較高；采集速率大，符合無人機在使用中對單片機采集的要求。

為了更進一步的研究無人機的空速對其飛行的影響，本文主要針對現(xiàn)有的無人機的空速進行試驗研究。利用高精電阻對傳感器的輸出的新號進行分壓設置，將輸出信號的幅值降到3V之內，隨即將分壓后的新號送到端口1，如果此時的電壓值小于1.8伏，那么利用數(shù)字開關進行導通，端口2的信號為有效的信號；如果電壓值高于1.8伏，那么單片機的輸出控制新號的數(shù)字開關則要關閉，A/D采集通道1的信號是有效的信號，此時將補償電壓的分壓效果進行傳感器的測量值。

三、小型無人機的系統(tǒng)軟件方案設計

在利用C語言和MATLAB語言的基礎上進行小型無人機測量系統(tǒng)軟件的編寫，進行模塊化的方案編寫，對微處理器滴答定時器模擬系統(tǒng)時鐘程序、無線通信模塊程序等進行有效編寫，系統(tǒng)在執(zhí)行各個木塊的初始化程序后進一步對子程序進行執(zhí)行。首先程序進入到各個程序的初始化階段，然后進行傳感器的初始化階段。利用MS5611對傳感器進行命令發(fā)送后，讀取傳感器中的校準參數(shù)，對傳感器進行校準，手機傳感器初始化階段中地面的壓強和溫度值，反復篩查選擇數(shù)據(jù)保證數(shù)據(jù)的準確性。在以上環(huán)節(jié)完成后，進行最后的循環(huán)使用檢測，將100ms作為一個循環(huán)周期，讀取傳感器中的氣壓和溫度值進行高度值的并濾波，將所得的數(shù)據(jù)進行顯示，檢驗完成后進行保存。在此期間，如果循環(huán)的時間小于100ms，就要利用無線模塊將保存好的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面接收站。

結束語：

綜上所述，本文主要針對現(xiàn)階段現(xiàn)有的小型無人機的空速測算相關內容進行了系統(tǒng)的闡述，對具有單片機的小型無人機的空速測算進行了系統(tǒng)的設計，設計出來一套具有體積小、重量輕、功耗低、動態(tài)性能好、可靠性高等優(yōu)點的系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)作為小型無人機飛行控制系統(tǒng)中的一部分，對飛行系統(tǒng)的控制進行嚴格的把關，將系統(tǒng)融入到無人機的飛行控制中，進一步展開對小型無人機的飛行系統(tǒng)進行控制。

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