无人机论文数字信号处理器论文

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1、无人机论文数字信号处理器论文摘要：该文根据无人机对可靠性的要求，结合工程实践，详细介绍了一种双冗余飞行控制计算机系统的总体设计和具体实现方案。本系统在以tms320f2812数字信号处理器为核心的成熟飞控计算机基础上，加入一套硬件相同且功能相似的飞控计算机并添加少量硬件及软件模块，以较小成本大大提高飞控计算机的可靠性。文中分别对该系统软硬件的核心部分进行了详细描述，该方法实施简单，易移植和工程化，具有较好的通用性。关键词：无人机；双冗余；飞控计算机；数字信号处理器近年来，随着各种航空和电子技术的发展，使无人机在性能上得到突飞猛进的发展。随着

2、无人机飞行功能的日益增多，任务要求越来越复杂，使飞行控制系统变的越来越复杂，从而出现故障频率越来越高，因而其核心飞控计算机的可靠性问题变的日益突出，进而对其容错研究成为当今的热点。该文中飞控计算机的设计基于ti公司开发的一款32位dsp芯片tms320f2812(以下简称f2812)，同时利用双机冗余技术来提高飞控计算机可靠性。1双冗余飞控计算机系统的工作原理双冗余飞控计算机系统主要由输入通道、主飞控计算机、副飞控计算机、通道控制电路四部分组成。在通道内部，外部的输入信号分别送到主飞控计算机和副飞控计算机，两个飞控计算机在分别进行监控表决后

3、通过spi总线进行通信，判断输入信号的对错，然后分别进行各自控制律的解算，同样对解算的结果进行监控表决，若结果正常则进行下一步处理，否则发现故障则主飞控计算和副计算机分别进行故障诊断和故障定位，最终确定故障飞控计算机并将它隔离，同样在两个飞控计算机之间，每隔一定的时间通过spi总线相互通信。若某一通道发生了永久性故障，则由飞控计算机内部的仲裁模块进行通道的切换控制[1]。2双冗余飞控计算机系统的硬件设计整个双冗余飞控计算机硬件系统的组成主要基于原有成熟飞控计算机，另外引入一套硬件相同且功能相同的飞控计算机并增加通道控制电路模块，两个相同的飞

4、控计算机通过内部的总线完成双机通信。双冗余飞控计算机系统硬件电路的原理框图如图1所示。2.1模拟信号的接收飞控计算机需通过ad采样获得垂直陀螺提供的飞机姿态信息（俯仰角和滚转角）及角速率陀螺提供的滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率信号。无人机的电池电压及机上所携带的火工品状态也需要飞控计算机经过ad采用获得。根据经验和实践，双冗余飞控计算机模拟信号的输入电路可直接驱动两路输出电路，也就是在现有的输入电路中直接再引出一路输入到另外一套飞控计算机，这样就避免再添加其它硬件电路。在dsp芯片f2812上集成了adc模块，该模块包括一个12位adc

5、核，内置双采样保持器，可输入电压范围为0～3v[3]，其最高采样带宽12.5msps，能快速进行adc转换，但是由于被采集信号的电压特性不同，在被采集之前需要先经过信号调理。2.2串口通信由于磁航向传感器、gps接收机、气压高度传感器、测控设备和空速传感器对外接口都是串口[2]，而f2812处理器本身仅提供两个串行通信接口，远不能满足飞控计算机系统与多外设的通讯需求，所以需要针对f2812进行串口扩展。f2812串口扩展电路主要由cpld、串口扩展芯片、485接口转换芯片三部分组成，其原理框图如图2所示。cpld基于f2812分配好的地址，

6、完成片选地址译码及串口扩展芯片stc16c554的中断控制与分配，cpld的内部程序通过vhdl语言来实现[4]。2.3切换电路在整个双冗余飞控计算机系统中，主飞控计算机和副飞控计算机均有模拟量输出。在把外部信号输入同时送给主飞控计算机和副飞控计算机，通过它们各自计算处理之后，主飞控计算机和副飞控计算机均会产生各自的输出，这就需要通过外部切换电路来判断是哪个输出正常，进而作为真正飞行控制系统的输出。主飞控计算机可以通过control_z(主飞控计算机的控制信号)来抢占输出，同时副飞控计算机可以通过control_f(副飞控计算机的控制信号)

7、来抢占输出，只能让工作正常的计算机来控制输出，当然两个飞控计算机需要通过各自内部的软件进行判断，不能同时让两个飞控计算机同时抢占输出，防止“死锁”现象的发生。切换电路原理图如图3所示。两个飞控计算机发来的信号经过一个“与”门最终产生输出的最终控制信号，此控制信号分别接两个三组二选一coms高速模拟开关cd54hc4053的控制端。如果主飞控计算机无故障，副飞控计算机无论有无故障，都将切换至主飞控计算机输出。如果主飞控计算机有故障而副飞控计算机无故障时，将切换至副飞控计算机输出。但是如果两个计算机均有故障，整个飞控计算机系统将不能正常工作。3

8、双冗余飞控计算机系统的软件容错设计由于无人机系统对实时性要求很高[5]，所以本系统采用dsp/bios开发ti公司的dsp系统，dsp/bios是一种可根据用户的需要剪裁的实时操