无人机控制/导航技术教学实验平台

1 简介

 随着国家空域逐步开放，中国无人机发展从前沿技术走向了体系化、实用化，并已经在国防建设、遥感测绘、智能交通、农保施种、检测监控等领域得到蓬勃发展，为顺应时代浪潮，各高校开设无人机技术实验课程。本公司依托于上海交通大学研究团队，针对高校编制出一套完整的无人机控制/导航技术的教学演示实验平台。本方案既能满足研究生科研课题要求，还能满足本科生的教学演示实验。

我们推荐的总体方案是无人机控制技术实验平台和无人机导航技术实验系统等内容，用于完成无人机飞行控制导航技术演示实验教学及科研半实物仿真试验，并还能完成常规的惯性导航实验、卫星导航等实验内容，可以供硕士、博士研究生教学和科研使用，同时也可以为教师提供科学研究的平台。

具体实验方案配置如下：

（1）无人机控制技术实验平台：1套三轴运动转台，转台标配航姿参考系统一个，组合成惯导实验系统；无人飞行器飞行动力学仿真系统和无人飞行器地面测控模拟系统。

（2）无人机导航技术实验系统：无人机飞行导航技术实验系统包括惯性导航实验平台、北斗导航实验平台、GPS卫星导航实验平台等。惯性导航实验平台能为学员提供基于MEMS设备的测量、分析和处理实验平台，为学员理解掌握惯性元件的原理、应用提供支持，可开展多种实验。平台包含二轴运动转台、三轴MEMS陀螺、三轴MEMS加速度计、三轴磁阻型磁强计等传感器，数据分析处理和显示实验软件。可连接计算机设备，输出数据。北斗导航原理实验平台包括实验开发平台、北斗卫星导航接收板、BD2+GPS模块开发板。GPS卫星导航实验平台包括GPS卫星导航模块、GPS信号转发机、（四）八轴小型飞行器。

2  实验内容（具体实验内容可跟据研究方向选择）

2.1无人机控制技术实验平台

?    教学实验：

u  飞行控制系统组成原理实验

u  飞行自动控制和手动控制演示实验

u   舵机空载和负载运动实验

u   陀螺测量无人机姿态实验

u   无人机控制律编写实验

u   飞机运动过程模拟实验

u   无人机状态检测及航线编制、发送实验

u   三轴转台控制实验 

   

?   科研实验：

u 飞行控制算法设计

u 控制算法性能研究实验

u 舵机控制技术研究实验

u 无人机姿态测量处理实验

u 无人机半实物仿真技术研究

2.2无人机导航技术实验系统

?   惯性导航实验：

u AHRS及微惯性传感器认知实验

u 加速度计测量与结果验证实验

u 加速度计标度因数和零偏的测量与计算实验

u 陀螺静态测量与零偏计算实验

u 陀螺动态测量与标度因数估计实验

u 采用磁传感器的电子罗盘设计实验

u 四元数法姿态解算程序设计实验

? GPS/北斗卫星导航实验：

u 北斗/GPS导航星位置结算及结果分析实验

u 用户位置结算(PTV方程求解)及结果分析实验

u 实时传输误差计算及特性分析实验

u 导航信号噪比与导航卫星高度角关系实验

u 几何精度因子(DOP)实时计算与分析实验

u ECEF坐标系与地理坐标系转换实验

u UTC时间、GPS时间、本地时间转换实验

u 北斗/GPS信号快速捕获仿真实验

u 北斗/GPS信号跟踪仿真实验

u 卫星信号模拟器操作实验

u GNSS/INS组合导航算法实验

部分实验图例：

图2   惯性导航实验系统    

             

图3  无人机仿真实验结果图labview的设计图

3 实验系统配置

系统标准配置见下表：

物资 代码	物资名称	规格型号	单位	数量	备注
1	三轴运动平台		套	1
2	飞行动力学仿真系统		台	1
3	仿真控制台		套	1
4	小型无人机		套	1
5	舵机		个	4
6	组合航姿装置		个	1
7	飞控计算机		个	1
8	线缆		套	1
9	惯性导航实验平台		套	9	数量可选
10	北斗/GPS原理实验平台		台	1
11	GPS信号转发机		个	2
12	北斗卫星导航接收板		个	10	数量可选
13	BD2+GPS北斗导航模块开发板		个	10
14	GPS卫星导航模块		个	10
15	八（四）轴小型飞行器		套	1
16	舵机控制试验器		套	10

也可根据经费和实验室的大小来配置实验系统套数，实验室也可以分期建设，逐步配置齐全。