[[alternative]]Integrated avionic system of unmanned aerial vehicle

碩士[[abstract]]本論文針對無人飛行載具，對其的航電系統做一統整，包括機上的電子載具系統，與地面站兩個部份，在機上的電子載具包括了Auto Pilot與攝影功能，地面包括了資料監控與事後資料分析的部份。更進一步的將GPS與INS以卡曼濾波器(Kalman Filter)做整合，且在導引部份加入最小功率平飛轉彎的應用，且對整個航電的設計與製作留下完整的記錄，方便事後能重新製作與改進。[[abstract]]This paper presents the Integrated Avionic System of Unmanned Aerial Vehicle (UAV), include electronic system on plane which have both auto pilot and CCD and ground station which have both monitor plane data and analysis. Also use Kalman Filter integrates GPS and INS. Apply optimal level turn. Record all documents that are design and produce avionic system of unmanned aerial vehicle.[[tableofcontents]]誌謝 ii 圖目錄 xii 表目錄 xv 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機 2 1.3 研究方法 3 第二章 航電系統設計 4 2.1 需求定義 4 2.1.1 任務定義 4 2.1.2 定義控制器類型 4 2.1.3 定義系統需求 4 2.1.4 定義響應需求 5 2.2 系統規劃與設計 6 2.2.1 控制器系統的規劃 6 2.2.2 控制器的設計 8 2.2.3 控制器模擬 11 第三章 航電硬體設計與製作 13 3.1 微控制器 13 3.2 程式撰寫 14 3.3 線上燒錄 15 3.4 感測元件 16 3.4.1 GPS接收器 16 3.4.2 磁羅盤模組 19 3.4.3 速率陀螺儀元件 20 3.4.4 加速儀元件 21 3.4.5 壓差感測元件 22 3.4.6 大氣壓力感測元件 22 3.5 其他元件 23 3.5.1 穩壓IC 23 3.5.2 多工器 23 3.5.3 第五動開關 23 3.6 電路圖 24 3.6.1 Capture套件 24 3.6.2 Layout套件 25 3.7 誤差分析 25 3.8 I2C通訊協定 26 3.8.1 I2C介紹 26 3.8.2 I2C設定 27 3.8.3 I2C讀寫資料 27 3.9 ARM核心板規劃 29 3.10 微控制器系統 30 3.10.1 系統架構 32 3.10.2 通訊部份 33 3.11 視訊設備 34 第四章 飛行資訊擷取模組 36 4.1 數學函式 36 4.1.1 壓力高度(Pressure Altitude) 36 4.1.2 密度高度(Density Altitude) 38 4.1.3 指示空速 (Indicated Airspeed) 39 4.1.4 姿態顯示(Indicator) 39 4.2 顯示程式設計概念 39 4.3 顯示程式設計流程 41 4.3.1 indicator圖層 41 4.3.2 Heading圖層 42 4.3.3 Airspeed圖層 43 4.3.4 Altitude圖層 44 4.3.5 Clock圖層 45 4.3.6 Slip圖層 46 4.3.7 BPressure圖層 47 4.3.8 TurnRate圖層 48 4.3.9 AoA圖層 49 4.3.10 Top圖層 50 4.4 副程式 50 4.4.1 圖層輸出 50 4.4.2 圖形輸出 52 4.4.3 資料運算 53 第五章 地面站 54 5.1 簡介 54 5.2 飛行計畫分頁 56 5.3 飛行狀態分頁 57 5.4 飛行命令分頁 60 5.5 數據分析 61 5.5.1 簡介 61 5.5.2 功能介紹 62 第六章 結論 65 第七章 未來展望 67 7.1 完成ARM核心板 67 7.2 編譯器改進 67 7.2.1 編譯器bug 67 7.2.2 組合語言 67 參考文獻 68 附錄 一 卡爾曼濾波器 69 附錄一.1 簡介 69 附錄一.2 卡爾曼濾波器演算法 69 附錄一.3 整合INS與GPS 72 附錄一.3.1 四元素法 72 附錄一.3.2 重力場更新 73 附錄一.3.3 動態方程式 74 附錄一.4 Kalman Filter應用 77 附錄一.4.1 系統架構 77 附錄一.4.2 系統流程 79 附錄一.4.3 程式流程 80 附錄一.4.4 程式結果 81 附錄 二 最佳飛行軌跡 90 附錄二.1 最小能量平飛轉彎 90 附錄二.2 實際運用 92 附錄 三 工具軟體 102 附錄三.1 Subversion系統 102 附錄三.1.1 Server端的介紹 102 附錄三.1.2 Client端的介紹 104 附錄三.2 Borland C++ Builder 6軟體 108 附錄三.2.1 Papago SDK元件 108 附錄三.2.2 TComm元件 110 附錄三.3 X-plane®軟體 113 附錄 四 系統通訊封包 117 附錄 五 航太學會投稿論文 118[[note]]學號: 695430271, 學年度: 9