發(fā)布時間：2020-05-27 23:51

【摘要】：近年來,越來越多的應用領域?qū)o線傳感器網(wǎng)絡作為其主要的監(jiān)測系統(tǒng)。在這些應用中,位置都是最基本的上下文信息。大量的定位算法已被提出用于解決節(jié)點定位問題,這些算法的定位精度依賴于錨節(jié)點的密度。而錨節(jié)點的成本遠高于普通節(jié)點,若采用靜態(tài)方式部署錨節(jié)點,無論是錨節(jié)點數(shù)量增多帶來硬件與能耗的成本,還是錨節(jié)點部署的成本,都將急劇上升。為了解決這一問題,本文以具備高精度實時定位能力與自主飛行能力的無人飛行器作為移動錨節(jié)點,利用其六自由度運動能力在三維空間中投放大量的虛擬錨節(jié)點,有效解決錨節(jié)點的硬件成本與部署問題;在此基礎上,本文提出了基于定向天線輻射特性的AOA定位方法,避免了射頻信號非規(guī)則傳播引起的測距誤差影響,并解決了天線的輻射模型偏差和安裝誤差問題,有效提升了定位精度。本文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下:(1)為了驗證定位算法的有效性,本文開發(fā)了一套基于無人自主飛行器的無線傳感器網(wǎng)絡定位系統(tǒng),該系統(tǒng)包括四旋翼無人自主飛行器和無線傳感器節(jié)點兩個部分。(2)針對現(xiàn)有的大部分四旋翼控制系統(tǒng)設計時未能考慮不確定性影響,本文將四旋翼飛行器動態(tài)模型的不確定性進行量化,并且針對四旋翼動力系統(tǒng)升力性能的理論計算十分復雜的問題,提出了一種多旋翼動力系統(tǒng)升力性能測試裝置。應用此裝置,降低了動力系統(tǒng)建模的難度。(3)根據(jù)(2)中不確定性的量化結(jié)果,使用定量反饋控制理論設計控制器。實驗結(jié)果表明,本文所設計的四旋翼飛行器控制器控制精度高、抗干擾能力強。(4)在研究(1)、(2)、(3)的基礎上,本文提出了一種基于無人自主飛行器的無線傳感器網(wǎng)絡AOA定位算法,該算法的原理是通過四旋翼飛行器帶動定向天線在空中進行360°旋轉(zhuǎn),邊旋轉(zhuǎn)邊廣播數(shù)據(jù)包,得益于定向天線狹窄的垂直輻射特性,定向天線在旋轉(zhuǎn)廣播數(shù)據(jù)包的過程中,當定向天線最大輻射功率方向指向未知節(jié)點時,未知節(jié)點能夠獲取最大信號強度的數(shù)據(jù)包,根據(jù)此數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)和定位算法未知節(jié)點能夠完成自身位置計算。仿真和實驗結(jié)果表明,相比于現(xiàn)有的基于無人自主飛行器的無線傳感器網(wǎng)絡定位算法,本算法能夠降低射頻信號非規(guī)則傳播的影響,提高定位精度。
【圖文】：

地面站通過數(shù)傳與自駕儀之間進行信息交換。數(shù)傳是用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K，本文選用 APC220 無線數(shù)傳模塊,APC220 模塊是高度集成的半雙工、微功率的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，嵌入了高速單片機和高性能射頻芯片，傳輸距離達到了1200m，，并且采用創(chuàng)新高效的循環(huán)交織糾錯編碼，提高了抗干擾能力和靈敏度。動力系統(tǒng)通常包括螺旋槳、電機、電調(diào)以及電池，是四旋翼最重要的組成部分，它決定了四旋翼飛行器的懸停時間、載重能力、飛行速度和飛行距離等重要性能。動力系統(tǒng)的部件之間需要相互匹配和兼容，否則可能無法正常工作，甚至在某些極端情況下可能會突然失效而導致事故發(fā)生。例如，在某些情況下，飛手的一個過激操作可能讓電調(diào)電流超過其安全閾值而使電機停轉(zhuǎn)，導致飛機產(chǎn)生炸機事故。因此在設計四旋翼飛行器時，設計者首先要選擇合適的組件來滿足預期的性能需求。目前很多設計者主要依靠實驗或者單純依靠經(jīng)驗來估算四旋翼的實際性能，這樣的設計流程成本很高而且效率低。因此近年來不少研究者通過性能指標逆向求解最優(yōu)的動力系統(tǒng)配置[48,49]，其中國內(nèi)北京航空航天學院的可靠飛行控制研究組，建立了多旋翼在線性能評估網(wǎng)站[50]，該網(wǎng)站不僅具有性能估算的功能，而且該網(wǎng)站還能提供輔助設計功能。本文根據(jù)該網(wǎng)站推薦的多旋翼配置方案，最終選擇下圖 2-3 中序號 7 所示的動力系統(tǒng)的配置方案。
【學位授予單位】：溫州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V279;TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 段國強;張岳軍;李衍杰;朱曉蕊;;四旋翼無人直升機控制算法仿真比較研究[J];計算機仿真;2014年04期

2 GUERRERO E;ALVAREZ J;RIVERO L;;A Three-Dimensional Range-Free Localization Algorithm Based on Mobile Beacons for Wireless Sensor Networks[J];Computer Aided Drafting,Design and Manufacturing;2010年01期

3 肖永利,張琛,陳文華;定量反饋理論(QFT)及其設計應用[J];信息與控制;1999年06期

本文編號：2684345