基于红外及偏振光传感器的飞行测试平台设计

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1、专业学位硕士学位论文基于红外及偏振光传感器的飞行测试平台设计DesignofflighttestplatformbasedoninfraredandpolarizedSenSOr学号：31204046大连理工大学DalianUniversityofTechnology本文得到以下资金的资助：1国家重点基础研究发展计划(2011CB302105)2国家重点基础研究发展计划(2011CB302101)特此表示感谢!fIIll[IJ[11I[1llIIJIIIIIIJY2593407．．．．．．．．．．．．．．——(973计划)“仿生光导航微纳器件的设计与制造”(973计

2、划)“微纳结构的功能特性与数学模型”大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：——赶幽亟燃鲢玉堑到迟季塑逮牟作者签名：丝亟塑日期：塑!生年—L月上日大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要本文首先分析天空红外分布规律，并以此为依据设计并制作

3、了红外姿态传感器；结合红外及偏振光传感器对载体姿态信息的测量为依据，以飞行器基本控制理论为背景搭建无人机飞行测试平台，完成对红外及偏振光传感器飞行测试系统的设计与实现。飞行测试平台整个系统首先研究硬件部分，将硬件部分分成六大部分，即电源、处理器、传感器、遥控接收机、电台和舵机控制；其中，电源部分统一供电，通过电压转化供所有器件使用；处理器包括对所有传感器的信号处理、遥控信号接收处理、电台信息传输及舵机信号控制等；传感器包括GPS、偏振光传感器、红外姿态传感器等所有器件的信号采集及初次处理；遥控接收机实现飞行器手动飞行的信号控制；电台部分对飞行器整个飞行过程实时监测；

4、舵机主要是控制及稳定飞行器准确飞行。以STM32处理器作为本文飞行测试平台软件部分的核心，STM32处理器内置功能强大的12C、SPI、及USART等接151，可用于完成对多个传感器的数据采集、GPS信号的接收、地面遥控信号的接收、地面站电台发送的数据接收以及相关信号的解码，同时整个过程需要使用定时器的中断功能，保证多个数据间的有效传输。控制算法部分，首先引入不同坐标系间的转换余弦矩阵，进行微分处理，微分处理后的方程可通过传感器测量信息实时更新，合理解算后能得到下一时刻最新的姿态角。通过红外姿态传感器对方向余弦矩阵进行更新，参考陀螺仪和加速度计的测量数据进行对比，进

5、而求解出姿态角。简要介绍飞行控制下的PID控制理论，设计出飞行器水平姿态、航向信息及高度信息的理论控制方法。最后选择多个天气环境下对红外姿态传感器的姿态测量性能以及偏振光传感器的航向性能进行测试，实验结果表明：本文设计的针对小型无人机的飞行测试平台能够实现在空中的基本姿态测试，无论红外姿态传感器的水平姿态测量还是偏振光传感器的航向测量均满足精度要求，拓展了在飞行器信号测量中红外姿态传感器、偏振光传感器及其组合的实际应用范围。关键词：红外姿态传感器；偏振光传感器；STM32；方向余弦矩阵红外及偏振光传感器组合飞行控制系统设计Designofflighttestplat

6、formbasedoninfraredandpolarizedsensorAbstractInthispaper，byanalyzingthecharacteristicsoftheinfraredsky,designedandproducedtheinfraredsensor；Andthensetintheattitudeinformationtestoftheinfraredandpolarizationsensorintheair，basedontheanalysisofthebasicstructureoftheUAVflyingplatformandcon

7、troltheory，designandimplementacombinationofinfraredandpolarizationsensorflightcontrolsysem．First，westudythehardwareoftheflightcontrolsystem，whichisdividedintosixparts，includepowersupply，processor，sensor，remotecontrolreceivers，radioandsteeringcontrol；Amongthem，supplymoduleunifiedpower