摘要：为解决目前设施农业机械定位系统稳定性差、定位精度低和成本高等问题,该文设计了一套基于Nano PAN5375模块的无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）定位系统。该定位系统的3个信标节点负责和定位节点的无线测距,安装有定位节点的车辆构成的移动节点负责无线测距和定位坐标的计算。WSN节点采用的是基于Nano PAN5375的WD5032N模块。Nano PAN5375模块通过串行外设接口和微处理器进行通信,实现无线通信和无线测距的功能。设计了WD5032N模块的供电底板电路,满足其微处理器和Nano PAN5375模块的供电要求,以及通过串口和液晶显示屏模块通信实时显示定位坐标X和Y。节点软件以Keil MDK为开发环境,采用单片机C语言开发,实现节点数据采集与处理、无线传输和串口通信等功能。在定位节点上,采用基于线性调频扩频技术的对称双向双边测距算法来计算定位节点到各个信标节点之间的距离,并使用三边质心定位算法计算出未知节点的坐标位置信息,最后使用卡尔曼滤波算法对目标状态的观测值进行迭代,解决因为测量噪声对于定位精度造成的影响。在WD5032N上分别采用3DB天线和5DB天线进行室内和室外测距和定位试验,结果表明,基于Nano PAN5375的WSN定位系统稳定性好,定位精度高,在3个信标节点组成的合适的等边三角形3条边线范围内定位精度能达到1 m左右,而在接近三角形边线外侧的位置定位精度是1-2 m左右,可以满足一般设施农业车辆的定位精度要求。该文为农业机械精确定位的深入研究提供了参考。

摘要：实时姿态信息获取是运用农用小型无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)进行变量作业控制的重要环节,本文采用STM32单片机、微机电系统(Micro-electro mechanical system,MEMS)加速度计、陀螺仪、磁强计和无线收发模块设计出农用小型无人机姿态实时解算系统,文中对三轴数字传感器的校正方法以及基于四元数和梯度下降法的多传感器融合姿态估计做了详细地介绍与推导.结果表明,在72 MHz时钟频率下模拟集成电路总线(Inter-integrated circuit,IIC)传感器数据采集及滤波消耗6.2 ms,迭代步长β取0.8,一次姿态解算消耗约0.96 ms,数据更新频率可达100 Hz,能满足实时性要求.经测试在静态时俯仰角和翻滚角输出的平均绝对误差小于1.5,偏航角平均绝对误差小于2.9,小幅震动条件下的俯仰角、翻滚角和偏航角平均绝对误差增加1～2左右.这表明该传感器校正方法与姿态融合算法实用有效,能为农用小型无人机的飞行控制与变量作业实施提供准确的姿态数据.

摘要：微光夜视成像系统是一种常见的光电设备,其最大作用距离直接反映系统的综合性能,为系统设计考核的重要技术指标,它决定着设备对特征目标的发现、识别和辨认距离。论文在充分考虑系统设计参数对作用距离影响的基础上,结合基于光量子噪声和系统传递函数计算分辨力的方法,建立了较为全面的系统分辨力计算方程。结合某型微光夜成像系统的设计参数进行了最大作用距离估算,同时采用实装试验的方法对估算结果进行了对比,验证了估算方法的有效性,能为相同类型设备的技术指标考核提供技术支持。

摘要：作为对传统农田信息采集方式的补充,提出了一种基于小型飞行器的采集方式。阐述了四旋翼飞行器的工作原理,并设计了农田信息采集平台,制作出的样机载重为3.5 kg,滞空时间大于20 min。设计了惯性测量系统,在测试翻滚角误差小于0.5°时确定融合算法权重系数K为12,利用PID闭环控制,实现3 m高度悬停飞行的偏移误差不超过5 m。在平台上搭载Trimble 5700型GPS接收机进行了实时数据采样实验,结果表明人工采样与飞行采样数据误差约为1.4 m,表明该平台具有采集农田位置信息的基本能力。

摘要：　基于门控制模式的雪崩抑制方法,对工作波长为1.31μm的单光子探测器件InGaAs/InP雪崩光电二极管的高压电源和单光子信号检测电路进行了设计,同时对设计中所涉及的关键问题进行了分析。通过巧妙设计脉冲发生器的单稳态电路等效地实现了直流电平叠加脉冲的"光子门",通过使用跨阻前置放大器和精密比较甄别器等能在一定程度上提高探测的灵敏度。

摘要：设计了以1310nm激光波长作为光源的单光子探测装置系统,对铟镓砷雪崩光电二极管(InGaAs-APD)作为量子保密通信单光子探测器件时的偏压生成、低温控制以及单光子信号检测进行了综合考虑,用脉冲发生器的单稳态电路等效地实现了直流电平叠加脉冲的“光子门”,用跨阻式前置放大器和精密的比较甄别器来改善系统的探测灵敏度。初期探测实验表明,能观察到-93dBm光信号的波形。

摘要：为了得到在无导航目视遥控模式下农用无人机的直线飞行特性、检验农田作业航线的人为即时规划情况和评价实际作业质量及效果,设计了基于GPS的坐标采集无线传输系统,以水稻田边界直线为参照,通过目视和经验遥控无人机分别进行循直线飞行试验和基于作业幅宽的航线规划飞行试验。结果表明目视遥控模式下难以控制无人机沿直线飞行;人为即时规划的航线与理论航线偏离严重;在理想喷雾条件下估算出的作业遗漏率为17.1%,重复作业占8.2%,区域外浪费占0.7%;同时,目视遥控模式下无人机的高度及速度表现出无规律随机性。因此在无导航情况下,仅凭目视和经验遥控无人机难以做到精准作业。以GPS导航为主、能根据田块实际大小智能优化并生成作业航线的自主飞行作业模式是未来农用无人机进行精准作业的发展方向。

摘要：MEMS陀螺仪作为低成本惯性测量单元在物体姿态监测与导航控制中有着广泛应用。根据三轴数字陀螺仪的数学模型,设计了三轴数字陀螺仪的标定实验,介绍了数学模型中陀螺仪标度因数、安装误差系数以及零偏移值的计算与处理方法。理论分析与实验结果表明:该标定方法原理简单、易于实现,且标定结果精度高,标定后的解算矩阵可为后续姿态解算和导航控制提供较为准确的量测数据,同时,该标定过程和数据处理方法对MEMS三轴数字陀螺仪的标定具有一定的参考价值。

摘要：【目的】具备自主飞行、航线规划与优化、精准控制与变量作业能力是农用小型无人机(Agricultural smallunmanned aerial vehicle, ASUAV)的发展方向。本研究为ASUAV在全区域覆盖下自主飞行作业前的航线拐点坐标解算、飞行航向、起降点位置以及转弯掉头模式等提供优化选择。【方法】利用基于自主恒速飞行和最小转弯半径约束的无人机转弯掉头策略,分析并设计了任意凸多边形作业区域下无人机的路径规划方法,提出了基于幅宽微变的航线归整法路径规划方案,并对结构化农田区域实现全区域覆盖条件下的路径进行了规划与优化选择。【结果】基于最优转弯掉头模式下的ASUAV全区域覆盖路径规划方法适用于任意凸多边形结构的农田区域,GUI程序在解算地头边界航线拐点坐标的同时能优化选择出效率最高的飞行作业航线。在试验田随机规划出一个面积约为2.7 hm2的不规则凸六边形田块,仿真发现当无人机沿着平行于最长边飞行作业时,其空行行程最短,约为540 m,工作效率也最高,接近90%。【结论】经过优化选择后的ASUAV掉头转弯模式、起降点位置、飞行航向以及解算后航线拐点坐标等可以实现全区域覆盖,研究结果为ASUAV自主飞行作业提供了参考。

摘要：【目的】针对农用无人机作业时,对速度的稳定恒速需求,研究无人机无刷直流电机的速度控制模糊PI闭环算法。【方法】分析无人机电控系统的结构原理,根据电控系统驱动无刷直流电机的速度控制要求,在Matlab/Simulink环境下,构建电控驱动无刷直流电机系统的仿真模型,采用速度电流双闭环控制策略,其中,速度环使用模糊PI控制器,电流环使用电流滞环控制。设置系统参数,进行仿真分析,搭建ARM电路仿真板,验证算法的有效性。【结果】采用模糊PI后,该系统加快了速度响应,减少了系统超调量,提高了系统的抗干扰能力,提高了系统的动态特性和鲁棒性。【结论】本研究提出的模糊PI控制策略是有效的,可为无人机实际电机控制系统设计和调试提供理论参考。