无人机天线自动跟踪系统的设计

【摘要】：当前,随着无人机的快速发展,如何实现无人机与地面之间快速、准确的通信已成为无人机测控系统研究的关键问题。无人机天线自动跟踪技术,可以在无人机飞行过程中,根据无人机位置控制天线自动对准无人机,使天线实时跟踪无人机,以保证正常的通信。因此,对天线自动跟踪系统的研究具有重要的意义。本文以定向天线自动跟踪小型无人机为研制背景,通过深入分析与研究,设计了一种无人机天线自动跟踪系统。本系统以STM32F107VCT6为核心控制器,利用GPS测量无人机与系统的相对位置,结合电子罗盘反馈的天线姿态信息,控制定向天线对准无人机。主要研究内容如下:(1)在分析了无人机天线自动跟踪技术研究背景与现状的基础上,提出设计一种基于GPS的无人机天线自动跟踪系统。根据需求分析,对系统进行了总体设计,概述了系统总体结构及各模块功能。(2)在系统总体设计的基础上,进行了硬件电路总体设计和各模块详细设计。其中,主控模块以STM32F107VCT6为控制核心,分别设计了电源电路、时钟电路和复位电路,并设计了SWD接口进行系统调试。此外,对传感器模块、舵机接口电路、以太网模块、WIFI模块和外部接口电路进行了具体的电路设计。(3)开发了系统各模块驱动程序和天线转角的解算算法。在明确了系统软件架构和运行流程的基础上,实现对GPS模块、电子罗盘模块和舵机控制模块的驱动程序开发。对天线转角的解算提出运用简化了的圆球模型算法,对由于GPS信号遮挡导致的系统无法及时跟踪到无人机的问题,提出运用一种基于速度对位置进行预测平滑的控制策略,提高系统跟踪的稳定性。(4)对系统进行了静态模拟测试、动态模拟测试和实际飞行跟踪测试。测试结果验证了系统设计方案的与正确性与可行性,满足无人机天线自动跟踪系统的功能和性能要求。