小型无人机大气数据采集系统的设计与实现

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1、小型无人机大气数据采集系统的设计与实现王洋等2010年3月第4l卷第1期(总第138期)小型无人机大气数据采集系统的设计与实现★王洋，刘伟，王超(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)[摘要]大气数据采集是小型无人机自动飞行控制系统的关键技术之一．根据小型无人机的飞行任务需求，设计了基于大气数据采集的高度、空速检测系统。该系统以TMS320F2812为核心，采用高精度A／D转换器(12位)提高测量精度，对于提高无人机大气数据检测的动态性能具有较高的应用价值。[关键词]小型无人机；TMS320F2812；大气数据采集系统；高度；空速[中图分类号]TP274+2[文献标识码]A

2、【文章编号]1006-141X(2010)01-0007—05DesignandImplementationofAirDataCollectionSystemforSmallUAV．WANGYang，LIUWei，WANGChao(SchoolofInstrumentationScience&OptoelectronicsEngineering，BUAA，Beijing100191，China)Abstract：AirdatacollectionisoneofthemostimportanttechnologiesforUAV’Sautopilotsystem．Inordertomeetthe

3、requirementoftheUAV’Sflightmissions，锄airdatasystem，whichusedTMS320F2812processorand12-bitA／Dconverter,wasdesignedimprovementofdataacquisitionprecision．ThecollectionsystemwasprovedtohavethegooddynamicperformanceinairdatacollectionandprocessingforUAVapplications．Keywords：UAV；TMS320F2812；testsystemofai

4、rdata；altitude；akspeed1引言随着科学技术的发展，无人机在世界各国得到广泛研究和发展，在军事和民用两方面都具有重要的应用价值。无人机的飞行控制系统大致包括飞行控制计算机、航向罗盘、IMU测量系统、GPS定位装置和大气数据采集系统等。其中，大气数据各种参数的测量是现代化飞行中必不可少的一项工作，它为飞行控制系统和导航系统等提供所需的实时大气数据信息，其性能不仅直接关系到对大气数据的准确检测和指示，而且还影响飞行任务的完成及’基金项目：985工程项目(BBA985—2一ts)资助飞行的安全11l。为了满足小型无人机对大气数据检测装置微型化、高精度、高实时性的要求，本文采用基于T

5、MS320F2812及AD7858的大气数据采集系统，从原理上对系统的软硬件设计进行了分析和研究，使得最终所测得的气压高度误差精度在2～3m，空速精度在2"--3rn／s，具有极高的应用价值。2系统工作原理完整的大气数据检测系统一般包括：输入静压、总压(或动压)、气压修正信号、指示仰角和静压源误差修正信号；输出气压高度、气压修正高March2010V01．41No．1(serialNo．138)航空电子技术AVIONICSTECHNOLOGY度、气压高度变化率、高度偏差信号、指示空速、真空速、大气总温等信号【21。根据小型无人机的任务需求，本系统通过输入大气静压和大气动压来输出指示空速和气压高

6、度。2．1气压高度测量原理气压计的电压输出与大气压力有关，变换函数为：‰=圪X(0．009XP一0．095)(1)式中P单位为Kpa；Vs为参考电压；一般选5．1V。再通过气压高度表计量检定规程JJG683．90中使用的公式：h_{-44．3308“l-(—J，-_)。0·1903】}×1000(2)1．01325×10‘由公式(2)计算出气压计处于几个不同位置时的海拔高度，看其差值与实际高度之间的关系。从气压计输出电压数据的变化率上也可得到气压计的灵敏度。分析测量误差，将式(2)进行微分：=442608．29c志+罴-I1903叱--．．dh44260829X-m．LV00090009∥(—

7、——』生一+——口y⋯．，X．．⋯参照北京城区的大气压范围，气压高度传感器输出的有效量程在3．8V一-,4．3V之间，故设k。≈4V，AD转换器的测量精度优于5mV，即evo。,=5mV，则有：砌：442608．29xq【!．+坐)“⋯0．005。．m44260829XX0005947m7^lid砌=【——+——)”一≈．上式可知，此时的高度误差精度为10m。2．2指示空速测量原理空速管测量飞机速