无人机编队综合实验与分析系统硬件选型

无人机编队综合实验与分析系统硬件选型

1.1.1 飞控系统硬件选型

飞控系统硬件主要包括自动驾驶仪模块、GPS模块、空速计模块、电源模块。下面针对这四者分别进行选型。

1、自动驾驶仪模块

自动驾驶仪是无人机飞行时的控制单元，也称为无人机的大脑。本文选用目前最流行的开源自动驾驶仪pixhawk作为开发平台。具体型号选择雷迅生产的CUAV v5 plus系列。图5.1为v5 plus自动驾驶仪的实物图。

图5.1 CUAV v5 plus自动驾驶仪

在控制器方面，该自动驾驶仪采用双处理器结构，主处理器为STM32F765(32 Bit Arm,Cortex-M7,216MB flash,512KB RAM)，协处理器为Arm,Cortex-M3,24MHz,8KB SRAM)。

在传感器方面，该模块内置传感器包括加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压计。加速度计和陀螺仪称为IMU单元，该模块采用三套IMU冗余设计，具体型号分别为ICM-20602、ICM-20689、BMI055。电子罗盘的型号为IST8310，气压计的型号为MS5611。

在电源接口方面，该模块支持双电压和电流监控器输入，如果同时为电池监视器输入并且算上USB端口供电，则CUAV v5 Plus可以是三重冗余。

在外设方面，具有8-14个PWM伺服输出（6个IOMCU，8个FMU）、5个通用串行端口、4个I2C端口、4路SPI总线和2个CAN总线端口等。

2、M8N GPS模块

M8N GPS是一款性能优越、灵敏度高的全球定位模块，实物如图5.2。M8N最大可以为无人机提供10HZ的数据更新，其常用的协议有NMEA和UBLOX协议，传输给无人机的信息主要有：经度、纬度、高度、地速、航迹角、水平/垂向经度因子等。其定位水平精度为1~2米左右，垂向精度为2~4米左右。在室外搜星能力强、速度快。

STM32F100(32 Bit

图5.2 M8N GPS模块

3、空速计模块

空速计根据测量得到的动压和静压求取飞机当前的空速。本文选择的型号为PX4空速计，图5.3为其实物图，包括空速模块、皮托管、硅胶管和4pin 接线。

图5.3 PX4空速计

4、电源模块

电源为是无人机飞行的动力单元，如图5.4，本文选择的型号为格氏4S电池，其容量为5300MAH，放电倍率为30C，满电电压16.8V，重量505g。

图5.4 格氏4S电池

1.1.2 通信模块选型

本文的通信模块采用P900无线传输设备，它拥有高功率、高速率、高接收灵敏度等特性，非常适合应用于无人机通讯系统。其底板采用源产地加拿大的开源硬件，用户可以在此基础上进行二次开发。图5.5为P900实物图。通过配置，其可以工作在PMP模式或者Mesh模式。在PMP模式下，每个P900模块都可以配置成主节点、从节点和中继节点；在Mesh模式下，每个P900模块都可以配置成主协调员、辅助协调员、备用协调员和远程遥控员。

图5.5 P900数传

P900具有1W发射功率，超高接收灵敏度、高速自动跳频，通信距离可达60KM，实测无遮挡通信距离超过20-30KM，非常符合小型无人机之间的通信需求。其具体技术规格参数见表5.1。

表5.1 P900技术规格

参数名称 工作频率 传输技术 错误检测 加密 范围 灵敏度

具体规格 902-928MHZ

跳频

Error Detection 32 bits of CRC,ARQ

Optional 60km

-110dBm@115.2kbps -108dBm@172.8kbps -107dBm@230.4kbps

输出功率 串行接口 波特率 空速

100mW-1W(20-30dBm) 3.3V CMOS TTL 57600(可改) 115-276kbps

1.1.3 试验机选型

本文的试验机选用双子星航模机型，图5.6为其实物图，该机型采用常规布局，可改装为轮式起降，可满足全自主起降。机头流线型设计，更小的减小风阻。详细技术参数见表5.2.