[发明专利]基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人直升机飞行控制系统。特别是涉及一种基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统及方法。

背景技术

与固定翼飞机相比，直升机具有起飞着陆场地小、可垂直起降、空中悬停、使用灵活等一系列优点。作为直升机的一种特例，无人直升机还具有无人员伤亡、体积小、造价低、战场生存能力高等有人驾驶直升机无法比拟的优越性。它的这些独特性，使其在民用和军事方面均有着广泛的应用。

在民用方面，主要的应用领域有：空中交通管制、大地测量、气象观测、城市环境控制、地质勘测、森林防火、人工降雨、超高压输电线路巡检和通信中继等。

在军事方面，主要应用领域有：战场侦察、通信中继、通信情报侦察、军事测绘、探测战场上大规模杀伤性武器(有害物质)、与其他空中平台协同作战、与卫星或预警机组成多/双基地雷达预警/侦察系统、信息战、电子干扰及对敌防空兵压制等。

无人直升机的应用前提是自主飞行能力。所以，设计一个使无人直升机具有自主飞行能力的无人直升机飞行控制系统是有意义的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够增强系统的可靠性和灵活性的基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统，包括有由无人直升机机体、机载舵机组和无线电接收机构成的模型直升机，所述的模型直升机分别连接机载控制平台和地面站监控平台，其中，所述的机载控制平台包括有机载下位机和分别通过RS232接口与所述的机载下位机相连的姿态测量模块、经纬度测量模块和机载上位机，以及通过SPI接口与所述的机载下位机相连的气压传感器，所述的地面站监控平台设置有与所述的无线电接收机无线连接的遥控器和与所述的机载上位机相连的地面站PC。

所述的机载下位机包括有：现场可编程门阵列模块，分别与所述的现场可编程门阵列模块相连的数字信号处理模块、RS232协议电平转换模块、现场可编程门阵列程序存储模块、多路三态缓冲模块，其中，所述的现场可编程门阵列模块通过SPI接口连接所述的气压传感器，所述的RS232协议电平转换模块通过RS232接口分别连接姿态测量模块、经纬度测量模块和机载上位机，所述的多路三态缓冲模块通过PWM输出通道连接机载舵机组和通过PWM输入通道连接无线电接收机。

一种基于DSP和FPGA的无人直升机飞行控制系统的控制方法，包括有机载下位机、机载上位机和地面站PC三部分的控制方法，其中，所述的机载下位机控制方法包括有用于FPGA的信息采集、命令字接收、舵机驱动和飞行数据上传的控制方法，以及用于DSP的姿态、经 纬度和高度的控制方法；所述机载上位机控制方法包括有转发飞行数据和命令字，实现飞行数据的存储；所述的地面站PC控制方法包括飞行数据的接收和显示，以及向机载平台发布飞行命令。

所述的机载下位机控制方法中的信息采集是指：FPGA通过串口采集IMU和GPS测量的姿态和经纬度，通过SPI接口采集气压传感器测量的大气压和温度，然后发起中断通知DSP读取采集信息；所述的机载下位机控制方法中的命令字接收是指：FPGA通过串口接收并处理机载上位机转发的命令字；所述的机载下位机控制方法中的舵机驱动是指：FPGA根据飞行模式产生驱动舵机组的PWM信号；所述的机载下位机控制方法中的飞行数据上传是指：FPGA通过串口将飞行数据上传给机载上位机。

所述的通过SPI接口采集气压传感器测量的大气压和温度，包括如下步骤：

1)复位：FPGA向设置在无人直升机上的气压传感器发送复位命令，延时3ms后进入下一步骤；

2)校正参数读取：FPGA向气压传感器发送校正参数读取命令，然后FPGA读取气压传感器中的校正参数，并存入内部寄存器供DSP读取；

3)主循环：FPGA先向气压传感器发送大气压转换命令，延时9ms后读取气压传感器中的大气压，并存入内部寄存器，再向气压传感器发送温度转换命令，延时9ms后读取气压传感器中的温度，并存入内部寄存器，然后，将FPGA大气压中断标志位置1，FPGA发起大气压中断通知DSP读取大气压测量值和温度测量值；

4)FPGA延时1s的采样周期后返回步骤3)。

所述的命令字接收包括接收飞行模式切换命令字、姿态给定命令字和位置给定命令字，具体包括如下步骤：

1)接收命令字第一个字节；