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无人机导航监控系统设计和实现
摘 要：我们在早期利用无人机进行导航监控系统应用时,大多采用模拟式表盘作为地面监控的设备.在进行相对地面控制站的飞机方位和斜距参数的测量时,我们利用无线电测控系统得到相关数据,然后进行飞机位置坐标的计算,并最终在地图上进行标注.
关键词：无人机；导航监控系统；设计与应用；问题解决
中图分类号：V279；V249 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2018)019-0389-01
但是,这种方法有一个很明显的缺陷,那就是定位过程中,人工的读数计算以及仪器的精度大大地降低了最后数据的精密程度,如今,随着互联网和计算机的普遍应用,相关技术得到快速发展,如今我们已经采用高精度的数字地图,对无人机进行导航监控和位置的确定.这种监控和定位的方式,不仅仅能够大大的提高定位精度,还能对无人机进行路线规划和相关飞行参数的准确控制.接下来我们通过对无人机导航监控系统介绍,阐明其运行的原理和方法,并提供一些问题的解决方法.
一、数字地图的制作
在新型的无人机监控定位系统中,最基础也是最重要的部分就是数字地图.对于数字地图的制作,我们应当尽量寻找来源便利的数据库,目前我们采用的是国家标准的地图格式数据库,这样能够减小工作量,提高制作的规范性.目前市面上应用最为广泛的两种地图格式是矢量底图和像素地图,这两种地图各有优劣.矢量地图虽然精度较高,但是其时时显示性能较差,数据来源也较为困难,对于计算机的占有量较大；像素地图相对来源较为方便,精度也基本符合要求,而且在无人机实际工作中实时定位能力较强.矢量地图需要进行严格的计算机绘制,而像素地图可以通过扫描纸质地图轻松获得,所以在不同的应用领域,我们中国对经济价值和应用精度的要求,选用不同的地图[1].
二、导航监控系统的设计
导航监控系统是一个庞大的、结合硬件和软件与一身的系统,是由计算机、显示器、网卡、地图数据库、航线数据库等组成的严密系统,各个环节协调统一,最终完成无人机导航监控的任务.其中系统管理和主控的程序负责连接各个软件模块,能够协调软件进行准确的控制；显示器通过对数字地图的显示,能够实现实时的缩放、比例切换、移动等操作,在显示器上,无人机能够实时显示三维坐标,能够准确的定位无人机；在整个过程中,网络提供系统的无线连接媒介,高效快速的网络,能够大大的提高整个系统的实时性；庞大的地图数据库和航线数据库,能够为无人机提供最佳的飞行路线和轨迹,提高无人机飞行的安全性；整个实时监控系统,能够对无人机飞行的参数进行实时的跟踪显示,高度、空速、航向角、倾角等有十分精确的数据显示,这对于整个无人机飞行来说无疑是高效安全的保障[2].
三、关键技术及常见问题的解决方案
我们采用微软windows 系统作为软件的基础操作系统,以微软VisualC++ 和数字地图开发库,作为无人机导航系统开发的工具,以此来进行导航监控系统的开发和应用.
( 一) 地图的显示和漫游的实现
根据导航监控系统的实际功能要求,我们需要在数字地图的背景上显示出各种图形的元素.在整个数字地图和导航监控系统开发过程中,我们需要通过设立内存缓冲区和设备缓冲区显示技术,来避免地图画面的闪烁.
具体的操作方法是提前将数字地图的数据库调入计算机内存缓冲区中,在需要显示的时候通过调用函数从内存缓冲区调用至计算机的设备缓冲区进行显示,这个过程中,通过计算机大量的公式计算和函数的调用,最终能够在显示窗口显示出地图的位图,最终确定无人机的位置.所谓地图漫游显示,就是在地图背景上飞机随地理位置动态移动的功能.把飞机的大地坐标位置,通过换算得到在显示器上的坐标位置,这需要通过连续不断的调用ScrollToPosition函数来实现.在无人机越屏调图的功能方面,当显示地图窗口范围内,飞机出现在新地图上时,根据无人机的大地坐标从内存缓冲区中调用新的地图,来实现无人机的定位和导航[3].
( 二) 如何提高位置显示的精度
无人机导航和监控系统想要实现高精度,就必须要克服信号衰落和信号干扰的困难,虽然误差不可避免,但是要尽可能的交误差降到最小.在我们无人机日常工作的环境中,充斥着各种各样的电磁场,电磁干扰对于有线和无线数据网络都有较大的影响,但是在无线数据传输上影响更大.为了能够增加无人机导航监控系统的抗干扰能力,我们运用Klaman 滤波来实现抗干扰的数据传输,并在无人机控制的系统软件中增加了无人机定常巡航飞行中,所使用的飞机位置坐标,以及常用的速度积分方法,这对于无人机在强干扰环境下,推算航程以及定位提供很好的参考作用.
在整个算法运行过程当中,为了防止算法受到干扰影响出现数据结果偏差,我们会应用复位滤波算法,这样不仅能够对之前算法运行过程中的数据进行检验,还能够通过复位滤波算法计算出更为准确的数据结果.在应用滤波算法过程当中,我们通过对无人机不同阶段线路进行规划,不同阶段线路的每种航线都有多个航程点序列组成,最终实现导航和监控系统的高精度运行.
在无人机的实际应用过程当中,我们经常会利用自动规划航线来实现无人机的自动飞行操作,这就需要我们在无人机起飞前就交自动规划的航线,以坐标和操作指令的方式存入Access 数据库,在无人机飞行过程当中进行实时的调用.我们还可以通过ADO 控件对无人机的数据进行人工操作,极大地提高了无人机自动操作的灵活性.
四、结语
无人机导航监控系统运用了很多计算机新技术,使我们在实际工作中更加方便的利用无人机进行各项勘测拍摄活动,整个监控系统运用了计算机的图形图像处理技术,以及调用了大量的数字地图数据库,还通过应用滤波算法和自动航线规划等先进的计算机算法系统,不仅成功的解决了传统无人机模拟表盘读数误差大和人机交互欠缺的问题,而且还降低了无人机飞行操作的难度,在无人机显示和定位方面都有十分优秀的呈现,这对于提高无人机的工作效率有着极大的推动作用,让无人机真正的成为我们日常工农业生产中的得力助手.
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