空中机器人嵌入式飞控系统软件设计

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1、承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1研究背景与意义空中机器人（AerialRobotics）最早由美国乔治亚理工大学的罗伯特·米切尔

2、森（RobertMichelson）提出，是指各种搭载了GPS、机载导航设备、视觉识别设备以及无线通讯设备等，能够在一定的范围内实现无人自主飞行，完成目标探测以及定位跟踪等任务的飞行器，包括固定翼无人飞行器、旋翼无人飞行器、无人飞艇等。空中机器人拓展了无人机的概念，在一定意义上可以将其看作是无人机的别称[1,2]。空中机器人以研究微型无人飞行器为主要目标，代表了未来微型飞行器的发展趋势，是一种智能的微型飞行器，代表了飞行器的最高层次。图1.1旋翼和固定翼空中机器人空中机器人在现代战争和国民经济中发挥着越来越重要的作用。无人平台与有人平台相比，不但设计和应用上

3、有着不可比拟的优点，而且在制造和维护成本上也有明显的优势，且完成任务的效率和可靠性更高。军事方面，在未来全空间一体化信息战争中，无人飞行器的大量使用将可能使战争真正成为信息的对抗和武器的对抗。性能各异、技术先进、用途广泛的新机种如长航时无人机、战斗无人机和微型无人机等不断涌现。未来的军用无人飞行器不仅能用于战术和战略等信息侦察，还可用于战场遏制等多种任务。在民用和科研领域，空中机器人也展示出广阔的应用前景。世界许多国家已经在这方面进行了开拓性的工作。例如，用空中机器人沿着高压电线飞行，发出探测波，对其进行检查；空中机器人代替传统人工方法，贴水库大坝上下飞行，

4、通过所携带的探测设备检查大坝是否出现裂纹，存在隐患等。相对于有人工作平台，空中机器人的工作效率和可靠性都提高了很多，比如，美国某大坝采用空中机器人将传统人工方法需要3周才能完成的工作量在一天之内完成，大大节省了成本。1.2国内外空中机器人研究现状空中机器人（无人机）诞生于20世纪20年代，50年代后有了较大的发展。进入21世纪，1空中机器人嵌入式飞控系统软件设计空中机器人技术已趋成熟，性能日臻完善，逐步向小型化、智能化、隐身方向发展，它的用途也进一步扩大，在通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等方面都有广泛的使用，同时与空中机器人相关的雷达、探测

5、、测控、传输、材料等方面也正处于飞速发展的阶段。世界各国对空中机器人（无人机）系统的研究和发展均给予了高度的重视。一年一度的国际空中机器人大赛（InternationalAerialRoboticsCompetition，简称IARC）吸引了世界上许多国家的大学和科研机构参加。由于国际空中机器人比赛的刺激和推动，在世界范围内掀起了研究和开发空中机器人技术的又一阵新浪潮，技术水平和人才培养飞速进步。特别是随着比赛的发展，任务的难度与复杂度的提高有效地带动了系统与技术的飞跃。1992年，Georgia理工大学的空中机器人小组第一个完成了空中机器人的自主起飞、飞行

6、和着陆。三年后，斯坦福大学的空中机器人小组则能够让直升机从飞行地区的某一处自动抓取一个目标物体，并将之移动到飞行地区的另一处，这一任务的完成时间比一些学者的预测早了5年左右。随后的竞赛任务变得更难，要求空中机器人在一个模拟核生化污染区上空进行搜索飞行，将带有标识的所有桶状污染源找出来，并根据每个桶上的标识自主识别桶内材料类别，德国柏林大学的空中机器人小组完成了这一任务[3]。麻省理工学院的空中机器人小组设计的旋翼的空中机器人能够完成远程搜索和营救任务[4]。现在正在进行的竞赛任务是空中机器人自主飞行到三公里外的某个区域，寻找一座房屋，确定房屋的门窗位置，采用

7、某种方法拍摄房屋内部的照片，并将照片发回地面站。第十七届国际空中机器人大赛在2007年7月23-27日举行。在乔治亚州的麦肯纳区举行，那是一个专门为城市战争游戏而设计的无人居住区。根据大赛规则，比赛任务共分为4个等级。第一个等级：参赛的空中机器人必须完成从起飞点开始自主飞行3公里。第二个等级：发现3公里路径上的具有特殊标志房屋建筑的城市。第三个等级：空中机器人选择特殊标志房屋的入口进入房屋或者发射一个自动探测传感器来搜索房屋内特定的目标，并将目标图片传送回3公里外的起飞点。第四个等级：在15分钟之内将所有的任务连接在一起，流畅的完成整个自主飞行、目标识别、图

8、像传输的任务。这些年来，很少有队伍能够达到第四个级别