基于 DSP的无人机飞控系统的硬件设计探讨

基于 DSP的无人机飞控系统的硬件设计探讨

张帅 牛杰 李金圃 呼欣章 谢洪涛

北方自动控制技术研究所 太原山西 030006

摘要：无人机飞控系统的硬件设计工作中，采用DSP能够利用较为丰富的指令系统、精确性的计算处理方式、丰富资源优势等，提升无人机飞控系统的硬件运行效果，具有重要作用。在此情况下，无人机飞控系统的硬件设计过程中，就应该积极采用DSP设计方式，不断提升相关的硬件设计工作科学性与有效性，为其后续的运行夯实基础。

关键词：DSP；无人机飞控系统；硬件设计探讨

无人机飞控系统的硬件设计工作中，采用DSP开展设计工作，可提升整体的设计水平，因此，在具体的设计工作中应该树立正确观念意识，遵循科学化的硬件设计工作原则，完善硬件设计的工作内容，保证整体的硬件系统功能与性能符合标准，提升硬件设计工作的可靠性与有效性。

1. 无人机飞控系统分析

对于无人机飞控系统而言，主要组成部分为：①地面区域的监控系统，用来开展指挥工作与飞行航行的操作管理工作。②无线电测试遥控的相关系统，用来处理GPS数据信息，传递相关的遥控遥测信息内容，在无线数据链路中的地面监控和飞行控制器两者的中间部分。③飞行控制器系统，主要用来开展传感检测工作、航行控制工作、摄像头云台的管控工作和数据回传工作等等。对于飞行控制器而言，在实际运行的过程中，能够有效实现无人机状态量的检测工作任务，其中涉及到航向角控制信号管理、航行速度控制信号管理、发动机油门操作信号管理、各项指标信号管理等等，可以确保各方面信号控制和管理工作的科学性和有效性，获取相应的操作信号、GPS数据信息，将无人机运行状态的信息，全面输送到地面的监控系统之内，保证有效实现相关的监控管理工作。

2. DSP在无人机飞控系统硬件设计中的应用

在无人机飞控系统硬件设计工作中，采用DSP应该结合实际情况，有效开展各方面的硬件设计工作，提升整体的硬件设计工作质量。具体措施为：

1. 完善硬件系统设计框架

为确保采用DSP有效开展无人机飞控系统硬件设计工作，应该完善其中的设计框架，提升设计工作的合理性。首先，飞控系统硬件的设计目的，就是在航行控制的工作中，有效控制无人机的运行姿态，使得无人机能够准确按照航线飞行，在此期间，可以针对姿态航向遥测数据信息动态化采集分析，利用空置率算法数据结算的方式，将控制量的数据信息，动态化输入到执行机构，确保无人机飞行的稳定性和安全性。其次，采用垂直陀螺仪设备、磁航向传感器设备等，输出相关的模拟信号内容，使用速度传感器、高度传感器与遥控遥测台等外部的硬件设备，和微处理器之间实现数据的有效交换，按照数据交换需要设置相关的通信协议。在此情况下，为保证飞控系统中硬件具备多串口通信性能，应该在其中设计相对应的接口，保证各个接口设计的合理性，满足当前的工作标准。对于DSP而言，在实际使用的过程中，和外部传感器硬件之间的工作电压存在差异，所以在设计接口的过程中，应该注重接口适用性、标准性的管理，保证接口的有效应用^[1]。

2. 设计多通道串口通信硬件系统

无人机飞控硬件系统中，GPS接收机设备、空速传感器设备、气压高度传感器设备与地面检测基础设施的对外接口，都属于串口，而当前所使用的处理器设备本身智能提供三个串行通信接口，难以满足设备的运行需求。在此情况下，就需要开展串口的扩展处理工作，设计串口的扩展模块，利用串口扩展芯片对其进行处理，通过单通道、多通道的任务形式，针对性使用扩展芯片。要求在设计工作中，有一个串口和GPS接收机设备相互连接，接受其中的数据信息，保证数据处理的规范性。有一个串口和遥控接收器设备相互连接，用来接受遥控数据信息，收集上行通道、飞机状态等各种数据内容，便于开展数据的规范化管理工作。有一个串口和地面监测功能的机械设备相互连接，用来收集处理各种地面监测的数据内容，为飞控系统的运行提供帮助。有一个串口在扩展的过程中，和高度传感器设备、速度传感器设备之间相互衔接，便于处理和管理数据信息，保证各方面的工作质量^[2]。

3. 设计A/D转换与信号调理硬件系统

基于DSP的无人机飞控系统硬件设计的工作中，应该重视A/D转换硬件设计、信号调理硬件设计，保证各方面硬件设计工作符合标准。首先，在设计A/D转换硬件的过程中，应该重视角速率陀螺仪设备、磁航向传感器设备、垂直陀螺仪设备的研究和分析，明确具体的电压特征。在设计工作中，应该要求经过信号调理的相关模块进行处置，之后利用协议接口将数据信息输送到DSP中，由于DSP自身的通道可以满足精确度的要求，所以无需使用其他的器件。在设计工作中，应该将A/D转换的时间控制在80ns，可以快速开展转换工作，同时将输入电压的量程控制在0V到3V之间，内部设置采样保持电路，可以有效开展模拟量的数据转换工作。此类飞行姿态数据信息、高度速度数据信息，都属于飞控系统中的监控基础形式，应该结合监控工作需求合理设计D/A转换硬件，保证数据的有效处理。其次，在设计信号调理硬件的工作中，要求具有模拟量输入输出通道的良好调理功能，按照具体的调理工作要求，设置二级调理电路，其中的一级电路是巴特沃斯滤波，二级电路是电平转换系统，在实际应用的过程中，可以确保信号调理的硬件符合标准，改善相关硬件的应用现状，不断提升各方面工作的有效性与合理性，满足当前的硬件使用需求

^[3]。

结语：

无人机飞控系统硬件设计工作中，采用DSP开展相关设计工作，应该注重硬件框架的设置和完善，做好多通道串口通信硬件、A/D转换硬件与信号调理硬件的设计工作，提升各方面硬件设计的科学性与有效性，打破传统硬件设计工作的局限性，彰显DSP设计方式的优势和积极作用，提升相关硬件系统设计科学性与合理性，不再受到传统硬件设计方式的局限，可保证无人机飞控系统硬件的有效设计和完善。

参考文献：

1. 李牧,付康,纪元法.基于导航欺骗的无人机干扰技术研究与设计[J].电视技术,2019,43(2)：122-139.

[2]张坤,毕方鸿,李克丽, 等.一种基于Qsys的双IP核无人机飞行控制系统设计与实现[J].实验科学与技术,2020,18(1):12-16,33.

[3]吕俊杰,董浩宸,张海东.基于DSP+FPGA的高精度北斗导航接收机设计[J].现代信息科技,2019,3(20):54-57,61.