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：为了满足多旋翼植保无人机悬停、定速飞行2种作业模式下近地遥感的需求,该文设计了一套液晶光谱成像装置。首先,通过硬件、软件开发,实现了装置采集模块、控制模块和通信模块3部分的协同工作。其中,采集模块由16位CCD灰度相机、消色差镜头、液晶可调滤光器以及UV镜组成,控制模块由微电脑处理器和USB连接器组成,通信模块由数传、北斗定位系统和地面工作站组成。由5V3A电源供电。开发相应软件实现各硬件模块之间的协同控制,以及数据处理的功能。数据处理功能既可用于拍摄前装置的参数调节,又可单独用于光谱图像分析。基于本装置的数据采集方法,实现了光谱图像采集与旋翼无人机2种飞行模式的匹配。通过室内模拟飞行试验和田间试验,对装置性能进行测试。结果显示装置可获得清晰的光谱图像,光谱范围400~720 nm,光谱间隔最高可达到2 nm,空间分辨率1392×1040,且光谱连续平滑、特征稳定可靠。本装置基于面阵分光原理,采用密接耦合光路设计、核心器件同步触发技术,结构紧凑、抗震性好、稳定度高,适合植保作业,有望应用于精准农药喷施、作物处方图生成等多个领域。

摘要：为了实现田间多点、多风向、可移动、实时采集无人直升机旋翼气流在作物冠层所形成的风场相关参数,设计了一种风场无线传感器网络测量系统,对该系统风速测量时的可靠性进行了分析和田间试验检验。系统由若干三向风速传感器无线测量节点(WWSS)、无人直升机位姿信息测量模块(FGPS)以及智能总控汇聚模块(ICFN)组成,试验结果表明:选用叶轮风速传感器设计的三方向风速无线测量节点风速平均测量相对误差不大于3.52%,最大绝对误差为0.2 m/s,且各叶轮风速传感器之间无显著差异,变异系数不大于4.41%,能够可靠准确地测量风场内相应的风速值;三方向安装支架可方便地将三方向风速无线测量节点置于水稻田间,智能汇聚节点(ICFN)和WWSS节点以星形拓扑结构通过无线数据传输方式组网,非常适合在田间进行多点、多风向、可移动、实时采集数据;此外,FGPS模块采用RTK GPS等高精度传感器测量直升机的位姿信息,有利于后期开展授粉作业影响因素的综合分析,为开展无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数优选提供有效工具。

摘要：【目的】为满足无人机田间作业既具有旋翼机灵活起降的功能又具备固定翼长航时的特征,设计了一种X字布局的旋翼、固定翼混合结构且具有倾转功能的新型农用植保无人机。【方法】根据农田喷施作业的负载动力要求对无人机的增升装置进行了翼型和参数的设计。利用SolidWorks软件搭建了植保无人机的机体结构,使用Fluent软件结合Spalart-Allmaras湍流模型,对植保无人机增升增速参数进行了气动仿真分析。【结果】仿真试验发现,升力系数与迎角和空速呈正相关,其中,迎角从4°至6°变化时的影响较为强烈;迎角对应5°~30°前倾角时,升力系数达到0.81。在5 m/s的空速下,迎角和前倾角的关系几乎呈线性分布,机头前倾即可增大升力系数,进而增加有效负载,使得整体植保无人机的作业效率得到提升。【结论】本文为设计倾转翼植保无人机提供了理论依据,也为植保无人机延长续航时间、提升作业效率打开了新思路。

摘要：针对目前的航空航天遥感平台成本高、采样精度低、实时性不强的特点,提出了带有采集装置的四旋翼飞行器作为采样农田信息的低空平台。总结了农田土壤信息获取的主要方式与特点,指出四旋翼飞行器将是适合高密度、实时性强等特点的农田信息采集新平台。同时讨论了四旋翼飞行器的国内外研究进展,分析了带有采集装置低空平台的结构构成、惯性测量系统,研制了重量为1 200g,续航时间大于20min的低空平台样机,并提出了远地面无线传感器获取、近地面旋翼风作用和直接接触地面采集的3种新采集方式。

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：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：针对目前无人机喷施规划并未达到能量利用率最大化的问题,以总航程最短、有效载荷和安全作业为作业目标,研究了一种基于能量优化的无人机喷施规划组合算法。利用栅格法对工作区域进行划分,得到全覆盖航线后,通过设置补给点,合理地分配各架次的返航点和有效载荷,从航线和载荷上降低无人机的能量消耗率,提高了作业效率。所设计的配套地面站软件对算法进行仿真,结果表明,在同等作业条件下,采用本组合算法进行无人机喷施规划,相比于传统以药液或能量耗尽为返航依据、偶有迫降或坠机危险的喷施规划,航程规划得到的能量节省率达16.25%,载荷规划得到的能量节省率为18.92%。田间对比试验表明,经过算法规划的作业比未经算法规划的作业节省了272.5 m的返航航程,航程节省率为23.7%;节省载荷1 L,载荷节省率为16.7%。本组合算法能保证无人机在能量满足安全条件的情况下进行作业,证实了算法的节能性和安全性。

摘要：【目的】针对目前相关设备风场自干扰大的问题,为更好地获取无人机(Unmanned arial vehicle,UAV)近地风场参数信息,以风压信号为基础,采用皮托管风速传感器设计一种风压转换近地风速检测装备。【方法】利用轴流风机对叶轮风速传感器和皮托管风速传感器的感应位置进行风速干扰对比试验,利用热线式标准风速仪测定干扰前后的风速变化,利用轴流风机以相同的风速检测该装备所有传感器的测量风速并记录,得到该系统的一致性。将同一风速下标准热线式风速仪的测量风速和该系统的传感器测量风速进行对比,找出皮托管风速传感器准确度较低的风速段,利用Matlab软件对风压信号–风速值进行拟合。【结果】在10.00~15.00 m·s–1风速下皮托管风速传感器对直流风速的削弱不超过1%,而叶轮传感器达到20%以上。系统所采用的30个风压变送器在风速为15.00 m·s~^(–1)时的最大绝对差异为0.96 m·s–1,最大相对差异为6.40%,变异系数为1%。以三次公式进行拟合后,误差平方和(SSE)为0.099 6,拟合优度(R2)>0.96。【结论】本系统能够有效检测无人机下旋翼风速数据,且比叶轮式风速传感器网络测量系统在减少干扰方面具有明显优势,可以为研究无人机田间作业提供有效帮助。

摘要：结合Z/900开发环境的实际经验,设计了一款高可靠性、快捷的银行证券投资系统,并阐述了银行证券投资系统的整体开发设计框架,讨论了在IBM Z900大型机体系结构下开发银行应用软件的方法以及一些关键技术问题的解决方案。