基于CAN网络小型直升机自动驾驶仪硬件及导航系统设计
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较 强的 Ｇ Ｓ信号 接收 。因此 ，将 这 几部 分划 分为三 Ｐ
个功 能模 块最 为合 理 。 １ 通
１１ 系统 的硬 件 组成 ．
硬件 系统 包括 ：ＧＰ —— 全 球 定位 系统 ，获得 Ｓ 经纬 度 ，高 度 ，速 度 等信 息 ；指 南针— — 根据 地球
２３ 姿态 导航 数据 的处 理 ．
ＧＰ 指南 针模 块 ⑤按照 一定 的频率 将数 据发 送 Ｓ 给模 块 ④之 后 ，模 块 ④利用其 内部 的高性能 数字 信
求 有一 定 的对称要 求 ， 因此 其位 置相 对要 求 比较 高 ， 而控制 器 要与舵 机 等设 备连 接 ，因此 要靠近 舵机 放 置 。而 ５ ）中的 ＧＰ Ｓ若要 使 用 内置天 线 的话 ，其 天
携带诸 如 照相机 ，摄 像机 ，监测仪 器 ，通讯 产 品等
设 备实 现勘 探侦 查任 务 ，具 有机 动 灵活 的优 势 ，能 完成一 些其 他飞 行器 完成 不 了的 任务 ，自动 驾驶 仪 的 出现 解决 了小 型无 人直 升机 极 难操 作 的问题 ，大
传输 电 台 ，３ ）控 制 器部 分 ，４ ）惯性 传感 器及 气压
高度 计 ， ） Ｐ ５ Ｇ Ｓ与指南 针 部分 ， ） 机 及 电调 。 ６舵 如 图 １ 示 。很 多现 有 系统是 把 ３ 这 三个 部分 合并 所 ～５ 在一起 设 计 ，这种 设 计是 有很 多缺 点 的 。由于 惯性 传 感器 要 安装于无 人 直升机 的转轴位 置附 近并 且要
面站数 据 传输 电 台— —传 达 飞机 飞行 指令 ，返 回飞 机 飞行 数据 信 息等 ；遥 控 接收机 —— 通 过遥 控接 收 飞行指 令 ，在 非 自动驾 驶 模式 下可 遥 控操 纵飞 机 ；
： ２ ２ Ｒ ４ ５４ ２ １Ｃ， Ｐ （ 程 ） Ｃ Ｎ， Ｂ 肓ＲＳ ３ ， Ｓ ８ ／２ ，２ Ｓ Ｉ 短 ， Ａ ＵＳ 等等 。 Ｓ ３ ／８ ／２ 的通 讯 的速率 和协 议 方面 不是 Ｒ ２ ２４ ５４ ２ ： 常理 想 ，因此该 系统 中未采 用这 种较 常 见 的通 讯 ｛ 乍
Ｃ ＡＮ网络联 系起 来 ，组成 一个 小型 ，高 效 ，稳 定 的 自动驾 驶 系统 。 小型 无人 直升 机 目前有 着广 泛 的应 用 ，它 可 以
舵机 与 电调—— 飞机 行为 的执 行者 。
１２ 系统 结 构 ．
根 据 驾驶仪 的 特点 ，可 以将整 个 驾驶仪 划分
为六 个部 分 ：１ ）遥控 接 收机 ，２ ）地 面站 无 线数 据
磁场 方 向确定 飞机 自身 的姿 态信 息 ；惯 性 导航单 元 （ Ｉ ＭＵ） —— 根 据惯 性导 航原理 计 算飞机 姿 态及速 度
加 速度 ；气压 高度 计— — 测量 飞机 的海拔 高 度 ；地
将 一个 整体 划分 为三 个部 分 的代价 是要增 加一 套 通讯 系统 ，工程 上 比较 常 见的 中短程 的通 讯协 议
文献标识码 ： Ａ 文章编 号：１ ０ — １４ ２ １ ） ２ ０ １ ０ ９ ０ （ ０ ０ －０ ８ － ３ ０ ３ ０
关键 词：Ｇ Ｓ ／Ｓ Ｐ ＋Ｎ ；无人直升机 ；自动驾驶仪 ；Ｃ ＡＮ；Ｅ Ｆ Ｋ
中图分类号： ４ Ｖ２１
０ 引言
本文 采 用 Ｇ Ｓ Ｉ 捷联 惯 性导航 系统Ｉ 为 自 Ｐ ＋ＮＳ ２ 作 动驾 驶仪 的导 航 系统 ， ＤＳ 用 Ｐ作 为计 算导航 信 息 的 核 心 ， ＡＲ 用 Ｍ处 理器 作 为飞机 的控制 核 心 ， 根据 并 自动 驾驶 仪 的特 点将 整个 系统划 分 为 几个部分 ，用
务ｌ
甸 化 ’
基于 Ｃ Ｎ网络 小型 直升机 自动驾驶仪硬件 Ａ 及导航 系统设计
Ｄｅ ｉ ａ ｄ ａ ｅ ａ ａ ｉ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｏｒａ ｕ ｏ ｌ ｆｓ ａｌ ｈ ｉ ｏｐ ｅｒｂ ｓ ｄ ｏｎ ＣＡＮ ｎ ｔ ｓ ｇｎ ｈ ｒ ｗ ｒ ｎｄ ｎ ｖ ｇ ｔｏｎ ｓ ｓ ｅ ｆ ｎ ａ ｔ ｐｉ ｏ ｍ ｌ ｅｌ ｏｔ ｃ ｔ ａ ｅ ｅ
赵 涛 ，汪 滔
ＺＨＡ０ ａ ． Ｖ Ｔ ｏ Ｖ ＡＮＧ Ｔａ ｏ
（ 哈尔滨工业大学 ，深圳 ５ ８ ５ ） １ ０ ５
摘
要：本文介绍一种基于 Ｃ Ｎ Ａ 网络的无人直升机 自动驾驶仪 的硬件系 统结 构与姿态导航原理。此系 统采 用 Ｇ Ｓ Ｎ Ｐ ＋ＩＳ组合 导航 系统 ， 通过非 线性 卡尔曼滤波。计算 飞机 姿态与导航信息。
大 扩展 了其 应用 领域 ，因此 ，得 到 了社 会各 界越 来
越 广泛 的关 注 。
线 是不 允许 金 属物 质阻 挡信 号 的 ，而指 南针 却 是不
允 许周 围有未 知 的变化 较大 的 电流所 产生 的磁场 以
及铁 磁性 物 质 ，因此 将 ＧＰ 和 指南 针一 起放 在远 离 Ｓ 机体 且容 易 接收 Ｇ Ｓ信号 的位 置 ， Ｐ 此位 置一 般选 在 飞机 尾部 ，即原 理 复杂 的机 械部 分 以及舵 机 ，又 有
收稿 日期：２ ０ — Ｉ２ ０ ９１ －１
作者简介：赵涛 （９４一） １８ ，男 ，硕 士 ，研究方向为 自动控制 、电子 电路技术 、嵌入式 。 第３卷 ２ 第２ 期 ２ １ — 【 １ ００ ２ ８】
骞Ｉ 訇 化 、
方 式 ；ＩＣ总线在 低 速场 合 应用 较 多 ，速 度 方面 不 ２
满 足要 求； Ｐ 多用 于处 理器 之 间 ， ＳＩ 处理 器 与外设之 间的通讯 ，其 物理 层信 号在远 程通 讯方 面有极 大 的
缺 陷 ，不稳 定 ；ＵＳ Ｂ虽然 速度方 面 没有 问题 ，但 由
采集 之后经 筛选 处理 或一 些滤 波校 正处理 之 后 ，打
包成 Ｃ ＡＮ网络 上 的通 讯协 议 发送给 Ｉ ＭＵ模 块 ④。
个功 能模 块最 为合 理 。 １ 通
１１ 系统 的硬 件 组成 ．
硬件 系统 包括 ：ＧＰ —— 全 球 定位 系统 ，获得 Ｓ 经纬 度 ，高 度 ，速 度 等信 息 ；指 南针— — 根据 地球
２３ 姿态 导航 数据 的处 理 ．
ＧＰ 指南 针模 块 ⑤按照 一定 的频率 将数 据发 送 Ｓ 给模 块 ④之 后 ，模 块 ④利用其 内部 的高性能 数字 信
求 有一 定 的对称要 求 ， 因此 其位 置相 对要 求 比较 高 ， 而控制 器 要与舵 机 等设 备连 接 ，因此 要靠近 舵机 放 置 。而 ５ ）中的 ＧＰ Ｓ若要 使 用 内置天 线 的话 ，其 天
携带诸 如 照相机 ，摄 像机 ，监测仪 器 ，通讯 产 品等
设 备实 现勘 探侦 查任 务 ，具 有机 动 灵活 的优 势 ，能 完成一 些其 他飞 行器 完成 不 了的 任务 ，自动 驾驶 仪 的 出现 解决 了小 型无 人直 升机 极 难操 作 的问题 ，大
传输 电 台 ，３ ）控 制 器部 分 ，４ ）惯性 传感 器及 气压
高度 计 ， ） Ｐ ５ Ｇ Ｓ与指南 针 部分 ， ） 机 及 电调 。 ６舵 如 图 １ 示 。很 多现 有 系统是 把 ３ 这 三个 部分 合并 所 ～５ 在一起 设 计 ，这种 设 计是 有很 多缺 点 的 。由于 惯性 传 感器 要 安装于无 人 直升机 的转轴位 置附 近并 且要
面站数 据 传输 电 台— —传 达 飞机 飞行 指令 ，返 回飞 机 飞行 数据 信 息等 ；遥 控 接收机 —— 通 过遥 控接 收 飞行指 令 ，在 非 自动驾 驶 模式 下可 遥 控操 纵飞 机 ；
： ２ ２ Ｒ ４ ５４ ２ １Ｃ， Ｐ （ 程 ） Ｃ Ｎ， Ｂ 肓ＲＳ ３ ， Ｓ ８ ／２ ，２ Ｓ Ｉ 短 ， Ａ ＵＳ 等等 。 Ｓ ３ ／８ ／２ 的通 讯 的速率 和协 议 方面 不是 Ｒ ２ ２４ ５４ ２ ： 常理 想 ，因此该 系统 中未采 用这 种较 常 见 的通 讯 ｛ 乍
Ｃ ＡＮ网络联 系起 来 ，组成 一个 小型 ，高 效 ，稳 定 的 自动驾 驶 系统 。 小型 无人 直升 机 目前有 着广 泛 的应 用 ，它 可 以
舵机 与 电调—— 飞机 行为 的执 行者 。
１２ 系统 结 构 ．
根 据 驾驶仪 的 特点 ，可 以将整 个 驾驶仪 划分
为六 个部 分 ：１ ）遥控 接 收机 ，２ ）地 面站 无 线数 据
磁场 方 向确定 飞机 自身 的姿 态信 息 ；惯 性 导航单 元 （ Ｉ ＭＵ） —— 根 据惯 性导 航原理 计 算飞机 姿 态及速 度
加 速度 ；气压 高度 计— — 测量 飞机 的海拔 高 度 ；地
将 一个 整体 划分 为三 个部 分 的代价 是要增 加一 套 通讯 系统 ，工程 上 比较 常 见的 中短程 的通 讯协 议
文献标识码 ： Ａ 文章编 号：１ ０ — １４ ２ １ ） ２ ０ １ ０ ９ ０ （ ０ ０ －０ ８ － ３ ０ ３ ０
关键 词：Ｇ Ｓ ／Ｓ Ｐ ＋Ｎ ；无人直升机 ；自动驾驶仪 ；Ｃ ＡＮ；Ｅ Ｆ Ｋ
中图分类号： ４ Ｖ２１
０ 引言
本文 采 用 Ｇ Ｓ Ｉ 捷联 惯 性导航 系统Ｉ 为 自 Ｐ ＋ＮＳ ２ 作 动驾 驶仪 的导 航 系统 ， ＤＳ 用 Ｐ作 为计 算导航 信 息 的 核 心 ， ＡＲ 用 Ｍ处 理器 作 为飞机 的控制 核 心 ， 根据 并 自动 驾驶 仪 的特 点将 整个 系统划 分 为 几个部分 ，用
务ｌ
甸 化 ’
基于 Ｃ Ｎ网络 小型 直升机 自动驾驶仪硬件 Ａ 及导航 系统设计
Ｄｅ ｉ ａ ｄ ａ ｅ ａ ａ ｉ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｏｒａ ｕ ｏ ｌ ｆｓ ａｌ ｈ ｉ ｏｐ ｅｒｂ ｓ ｄ ｏｎ ＣＡＮ ｎ ｔ ｓ ｇｎ ｈ ｒ ｗ ｒ ｎｄ ｎ ｖ ｇ ｔｏｎ ｓ ｓ ｅ ｆ ｎ ａ ｔ ｐｉ ｏ ｍ ｌ ｅｌ ｏｔ ｃ ｔ ａ ｅ ｅ
赵 涛 ，汪 滔
ＺＨＡ０ ａ ． Ｖ Ｔ ｏ Ｖ ＡＮＧ Ｔａ ｏ
（ 哈尔滨工业大学 ，深圳 ５ ８ ５ ） １ ０ ５
摘
要：本文介绍一种基于 Ｃ Ｎ Ａ 网络的无人直升机 自动驾驶仪 的硬件系 统结 构与姿态导航原理。此系 统采 用 Ｇ Ｓ Ｎ Ｐ ＋ＩＳ组合 导航 系统 ， 通过非 线性 卡尔曼滤波。计算 飞机 姿态与导航信息。
大 扩展 了其 应用 领域 ，因此 ，得 到 了社 会各 界越 来
越 广泛 的关 注 。
线 是不 允许 金 属物 质阻 挡信 号 的 ，而指 南针 却 是不
允 许周 围有未 知 的变化 较大 的 电流所 产生 的磁场 以
及铁 磁性 物 质 ，因此 将 ＧＰ 和 指南 针一 起放 在远 离 Ｓ 机体 且容 易 接收 Ｇ Ｓ信号 的位 置 ， Ｐ 此位 置一 般选 在 飞机 尾部 ，即原 理 复杂 的机 械部 分 以及舵 机 ，又 有
收稿 日期：２ ０ — Ｉ２ ０ ９１ －１
作者简介：赵涛 （９４一） １８ ，男 ，硕 士 ，研究方向为 自动控制 、电子 电路技术 、嵌入式 。 第３卷 ２ 第２ 期 ２ １ — 【 １ ００ ２ ８】
骞Ｉ 訇 化 、
方 式 ；ＩＣ总线在 低 速场 合 应用 较 多 ，速 度 方面 不 ２
满 足要 求； Ｐ 多用 于处 理器 之 间 ， ＳＩ 处理 器 与外设之 间的通讯 ，其 物理 层信 号在远 程通 讯方 面有极 大 的
缺 陷 ，不稳 定 ；ＵＳ Ｂ虽然 速度方 面 没有 问题 ，但 由
采集 之后经 筛选 处理 或一 些滤 波校 正处理 之 后 ，打
包成 Ｃ ＡＮ网络 上 的通 讯协 议 发送给 Ｉ ＭＵ模 块 ④。