飞控系统又称为飞行管(guǎn)理与控制系统,相当于无人机系统的“心脏”部分,对无人机的稳(wěn)定(dìng)性、数据传输(shū)的可(kě)靠性(xìng)、精确度、实时性(xìng)等都(dōu)有重(chóng)要影响,对其(qí)飞(fēi)行性(xìng)能(néng)起决定性的作用;数据链(liàn)系(xì)统可以保证(zhèng)对遥控指令的(de)准确传输,以及无(wú)人机接收、发送(sòng)信息的实时性和可靠(kào)性,以保证信息(xī)反馈的及时有效性和顺利、准确的完成任务。发射回(huí)收系(xì)统保证无人机顺(shùn)利升空以(yǐ)达到安(ān)全的高度和速度飞(fēi)行,并(bìng)在执行完任务后从天空安全回落到地面(miàn)。
谈(tán)到无人机(jī)的飞控计算机系(xì)统。这个系统的关键依(yī)然是芯片。以前(qián)无(wú)人机最大的矛(máo)盾(dùn)是一方面需(xū)要运算高速度,另一方(fāng)面需要(yào)体积微型化(huà),之所以(yǐ)无(wú)人机在巡航速度和范围方面很长一段时间没有突破,就是因为(wéi)始终受限于飞控(kòng)系统的性能,而飞(fēi)控计算(suàn)机系统的性能又受限(xiàn)于芯片的技(jì)术。
这个(gè)问题真正得到解决是在嵌入式芯片飞跃发展(zhǎn)之后。2005年之后,随着微电子技术(shù)的飞速发展(zhǎn),许多(duō)芯片开发公司设计出了众(zhòng)多功能(néng)强(qiáng)大,功耗、体(tǐ)积大大缩小的嵌入式计算机芯片(piàn)。
跟人们平时接触的芯片不同,在无人机的(de)计算机芯片领(lǐng)域(yù),应用在(zài)小型飞控计算机(jī)系(xì)统的(de)芯片最(zuì)为广泛的(de)不是(shì)英特(tè)尔的,也不是AMD的,而是德州(zhōu)仪(yí)器公司开发的型号为“TMS320 LF2407”的(de)DSP芯(xīn)片(数字信号控制器),它是(shì)德州仪器(qì)公司TMS320系(xì)列中的一种16位定点DSP,
这种芯(xīn)片的(de)运算速(sù)度以及众多的外围接口电(diàn)路很适合用(yòng)来完成对小型无人机(jī)的(de)实(shí)时控制(zhì)功(gōng)能。
这是一(yī)种具有特(tè)殊结构的(de)微(wēi)处理(lǐ)器,芯片内部采用程序和数据(jù)分开的哈佛(fó)结(jié)构,具有专门的硬件乘法器,采用流水线操作,提供特殊的DSP指令,可以快速实(shí)现各种(zhǒng)数(shù)字信号处理(lǐ)算法。使飞(fēi)控机实(shí)现较复杂的飞(fēi)行控制与(yǔ)飞行管理功能,同时还满足(zú)了小型无人机(jī)的(de)小体积和低(dī)功耗的要求。
首先是(shì)飞控计(jì)算(suàn)机系统的无线通(tōng)信(xìn)模(mó)块实时收集(jí)安装(zhuāng)在(zài)无人机不同部(bù)位(wèi)上的高精度传感器,收集飞行状态数据,同时通过远程数据(jù)传输(shū)模块接收来自地面控制站点发来(lái)的控制数据(jù)。
接(jiē)下来飞控计算机将实时收集的飞行数据和控制数(shù)据交给数据处(chù)理(lǐ)模块(kuài)进行(háng)运算处理,根据运算结果得(dé)出一个(gè)个明(míng)确的(de)控制指令(lìng),经过数(shù)据传输(shū)模块将指(zhǐ)令发(fā)送(sòng)给飞控(kòng)系统的实时控(kòng)制(zhì)模块(kuài)。
第三步最为关键(jiàn),即使实时控(kòng)制(zhì)模(mó)块按照这些指令对整个飞机的(de)飞行模式进(jìn)行(háng)控制(zhì)和调整,与(yǔ)此同时将无人机的状态数(shù)据及发动机、机载电源(yuán)系统(tǒng)、任(rèn)务(wù)设备的工作状态参数实时传送给机载无线电(diàn)数据(jù)终(zhōng)端,经无线(xiàn)电下行信道发(fā)送(sòng)回地面控制站点,以便地面基站发(fā)出下一步控制数据。
“飞控计算(suàn)机系统的应用程序都是专门开发的(de)?”
飞(fēi)控系(xì)统(tǒng)的应用程序很多都是用C语言进(jìn)行(háng)编写,很多应(yīng)用程序都是在(zài)原有飞(fēi)行控制(zhì)软件系统的基础上改(gǎi)造(zào)的。飞控系(xì)统的应用程序主要(yào)用来实现(xiàn)两方面的功能,一个是飞行控制,一个是飞行管理。
对应着不同的(de)硬件(jiàn)模块,这些应用程序(xù)按照具体职能分为四大单(dān)元:时间管理单元、数据采集处理(lǐ)单元、通(tōng)信(xìn)模块、控制单元。
时(shí)间管理单元在毫秒级时(shí)间(jiān)内对无人机进(jìn)行实时(shí)控制;数据采集(jí)单元采集无(wú)人机(jī)的飞行状态、姿态参数以(yǐ)及飞行参(cān)数、飞行状态(tài)及飞行参数(shù)进行(háng)遥测编码(mǎ),控制(zhì)单元则负(fù)责进行解算工作。
目前(qián)包括云(yún)南昆明俊鹰(yīng)航拍科(kē)技(jì)公司在内的很多航空工业(yè)公司(sī)都在积(jī)极涉足民用(yòng)无人机市场(chǎng),通过开(kāi)发价格更为低廉性能更(gèng)加强大的飞控计算机系统和飞机模块,提升无人机的智(zhì)能化飞行,加速无人机市场的快(kuài)速发(fā)展。一份市场(chǎng)分析机(jī)构出示的调查报告显示,未(wèi)来几年,包括飞控计算机系统(tǒng)在(zài)内(nèi),无人机市场价值将突破(pò)10000亿(yì)美元,而且将从军事(shì)领(lǐng)域(yù)进(jìn)一步扩大(dà)到民用领(lǐng)域,得到更多(duō)积极应用。

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