文章目录

摘要

abstract

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究背景与基础

    1.3.1 研究背景

    1.3.2 本单位研究基础

1.4 研究内容和章节安排

    1.4.1 研究内容

    1.4.2 章节安排

第二章 飞行控制计算机模拟量单元方案设计

2.1 引言

2.2 工作原理

2.3 模拟量单元需求分析

2.4 模拟量采样误差原因

2.5 设计方案

    2.5.1 模拟量单元模块划分

    2.5.2 模拟量输入模块精度计算量分配设计

    2.5.3 模拟量单元数据传输设计

2.6 傅立叶变换

2.7 本章小结

第三章 飞行控制计算机模拟量单元硬件详细设计

3.1 引言

3.2 模拟量单元输入模块硬件设计

    3.2.1 信号传输转换设计

    3.2.2 抗干扰电路设计

    3.2.3 A/D转换通道设计

3.3 模拟量单元最小系统设计

3.4 模拟量单元输出模块硬件设计

3.5 模拟量单元信号传输通道设计

3.6 系统电源设计

3.7 模拟量单元的PCB设计

    3.7.1 系统电路板的布局布线设计

    3.7.2 系统电磁兼容(EMC)处理

    3.7.3 系统硬件抗干扰措施

3.8 系统硬件设计结果及分析

3.9 本章小结

第四章 飞行控制计算机模拟量单元软件设计

4.1 引言

4.2 数字滤波器

4.3 FIR滤波器的结构及设计方法

    4.3.1 FIR滤波器的结构

    4.3.2 基于FPGA的FIR滤波器的算法设计

    4.3.3 FIR滤波器的设计及实现

4.4 模拟量单元软件方案总体设计

    4.4.1 模拟量单元FPGA调试开发

    4.4.2 自定义IP核的软件设计

    4.4.3 用户IP核的设计实现

    4.4.4 IP核实现模拟量单元数据转换

    4.4.5 缓冲区设计

4.5 飞行控制软件设计

4.6 本章小结

第五章 系统测试与验证

5.1 引言

5.2 测试验证目的

5.3 基本性能测试

    5.3.1 系统试验平台及环境

    5.3.2 试验方案设计

    5.3.3 测试试验及结果分析

5.4 飞行控制系统集成测试

5.5 试验结论

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 课题工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章摘要:飞行控制计算机作为无人机飞行控制系统的核心单元完成对无人机的飞行控制与管理。新型飞行控制计算机需要高精度的实时数据采集单元,以获取各种信号类型的机载传感器的信息,特别如过载、迎角、高度、空速等变化速度快、要求精度高的信号。本文根据这一需求开展了飞行控制计算机高精度模拟量单元的研究。本文首先结合飞行控制计算机在飞行控制系统中的地位、作用与性能指标,提出了对飞行计算机模拟量单元的相关功能与性能需求,确立了具体研究目标。通过分析模拟量数据采集精度影响因素、所受干扰类型特征等,提出针对性解决措施,确定了基于FPGA的高精度飞行控制计算机模拟量输入输出单元的总体方案设计。其次,根据总体设计方案,采用模块化设计思想,将模拟量输入输出单元分解成硬件上相互独立,功能上又相互协调的功能模块。针对数据采集高速、高精度的要求,设计了抗电磁干扰硬件电路,在此基础上完成了硬件系统详细设计与研制。为了进一步降低电磁干扰、热噪声等的影响,通过傅立叶变换相关理论在采集单元设计、研制过程中,对采集信号进行动态性能与频谱特性分析,获得了主要干扰源特征。根据干扰特征分析结果,采用分布式算法完成了FIR数字滤波器设计,进一步提高了数据采集精度。同时设计开发了模拟量单元驱动软件和数据采集与处理软件,并将此软件镶嵌到飞行控制软件,验证了软件的功能。最后,本文对模拟量单元各模块功能与性能进行了试验验证与分析,并对模拟量输入输出模块数据采集精度进行了测试。测试结果表明,模拟量单元模拟量输入有效采样精度达到14位,模拟量转换器输出的分辨率为16位。通过搭建的半物理仿真平台,进行了飞行仿真试验验证,通过飞行轨迹显示软件和测控软件,验证了模拟量输入输出单元功能与性能,该单元在通信可靠性、实时性等方面的性能指标。试验结果表明该单元能满足新型飞行控制计算机模拟量输入输出功能与性能要求。