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研究生： 傅景隆
Fu, Ching-Lung
論文名稱： 應用單晶片GPS接收器實現無人飛行載具之導航系統
UAV Navigation System Implementation by Using Single-Chip GPS Receiver
指導教授： 楊憲東
Yang, Ciann-Dong
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年： 2002
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 80
中文關鍵詞： 單晶片 、無人飛行載具 、數位訊號處理器 、全球衛星定位系統 、導航
外文關鍵詞： UAV, Navigation, DSP, GPS, FPGA, Single-Chip
相關次數： 點閱：149  下載：7 
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    • 本論文所發展的系統為應用單晶片GPS接收器實現無人飛行載具之導航系統，其主要功能為無人飛行載具利用GPS接收器接收全球衛星定位訊號，得知目前所在位置之經度、緯度，並經由RS232轉接器將此訊號擷取至數位訊號處理器（DSP），再透過DSP內建的向量導航演算法，修正目前無人飛行載具的位置座標，且計算其與目標點的距離及方位差異，利用現場可程式邏輯閘陣列（FPGA），處理系統周邊的輸入輸出控制，改變伺服馬達控制舵面角度，進而引導無人飛行載具到達目標點為止。
    此UAV自動導航系統，經由多次實驗後，發現大多能如預期般的到達目標點，但在效能上仍有改進的空間。換言之，系統的架構雖已完成，但仍應朝向高效能改進的方向而努力。本論文將在最後討論有些未如預期實驗結果的原因，並探求未來可以改進的方向。

    Implementing UAV navigation system by using Single-Chip GPS receiver is the major contrition of the paper. The main action is as fallows. UAV using GPS receiver gets present longitude and latitude position data from Global Position System. Through RS232 transformer switching TTL signal into DSP, we can use vector navigation calculation to correct UAV direction and distance with regard to target position. Then, drive servomotor to control UAV aileron and elevator to reach target position by FPGA that handles in/out put devices.
    After many times of experiments, we find that the UAV navigation system mostly approaches target position as expected, but it still has space of improvement for performance. In another words, although the system’s organization has already established, we should do our best to reform for higher efficiency. Lastly, the thesis will discuss something unexpected during experiments, and search for the possible improvement in the future.

    授權書 簽署人須知 中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 IX 第一章 緒論 1.1 前言 1 1.2 研究背景與文獻回顧 2 1.3 各章概述 4 第二章 系統架構 2.1 GPS接收器 6 2.2 數位訊號處理器DSP 7 2.3 現場可程式邏輯閘陣列FPGA 8 2.4 訊號轉接器 9 2.5 無人飛行載具週邊介面 10 第三章 定位系統 3.1 全球衛星定位系統GPS 14 3.2 座標系統 20 第四章 導控系統 4.1 導控方法 23 4.2 導控流程 26 第五章 系統硬體設計 5.1 DSP設計 28 5.2 FPGA設計 39 5.3 訊號傳輸 46 5.4 伺服馬達控制 55 5.5 單板系統設計 62 第六章 系統整合與測試 6.1 系統整合 63 6.2 系統測試 66 第七章 結論 7.1 結果討論 76 7.2 未來展望 78 附錄1 79 參考文獻 自述 表2.5.1 手動、自動切換模式脈衝寬度表 12 表2.5.2 各硬體所需電壓表 12 表3.1.1 NMEA-0183接收資料 18 表3.1.2 九腳與二十五腳之RS232接腳對應表 19 表4.2.1 無人飛行載具之導控流程表 26 表5.1.1 C54x可用的On-Chip記憶區 37 表5.2.1 三輸入AND閘的三種不同描述的設計寫法 41 表5.2.2 Altera公司所生產的FPGA功能及特性 42 表5.3.1 TFAG10 接腳定義 46 表5.3.2 標準的RS232介面 47 表5.3.3 DSP接收訊號流程 48 表5.4.1 伺服馬達PWM訊號規格 56 表5.4.2 gear訊號之PWM訊號與clock上升次數的關係 59 表5.4.3 FPGA所使用到的pin腳位與功能 60 表6.1.1 系統體積重量表 65 表6.2.1 5V電池電壓穩定分析測試表 70 表7.1.1 FPGA與工業電腦控制系統之各元件重量明細 76 圖1.3.1 實驗室研究計劃 4 圖2.1.1 系統架構圖 5 圖2.1.2 GPS接收器TFAG10 6 圖2.2.1 DSP實習板TI TMS320VC5402DSK 7 圖2.3.1 FPGA實驗板及測試模組FLEX 10K 8 圖2.4.1 訊號轉接晶片ICL232腳位圖 9 圖2.5.1 遙控器與遙控接收機 10 圖2.5.2 伺服馬達 11 圖2.5.3 機身修改 13 圖2.5.4 垂直尾翼加高 13 圖2.5.5 Robust-1 13 圖3.1.1 全球衛星定位系統（GPS） 14 圖3.1.2 GPS系統架構 16 圖3.2.1 WGS-84座標系統示意圖 20 圖4.1.1 無人飛行載具之俯視導控軌跡圖 23 圖5.1.1 路徑控制方塊圖 27 圖5.1.2 Switch訊號流程圖 27 圖5.1.3 DSP元件性能測試 30 圖5.1.4 微控制器採用的記憶體結構圖 31 圖5.1.5 DSP開發工具設計流程 32 圖5.1.6 TMS320C5402硬體配置圖 34 圖5.1.7 TMS320VC5402的記憶區配置圖 36 圖5.1.8 TI C54X DSP之軟體發展流程圖 38 圖5.2.1 FLEX 10K的方塊架構圖 42 圖5.2.2 FPGA元件基本結構 42 圖5.2.3 FPGA設計流程 44 圖5.2.4 IDS操作畫面 45 圖5.3.1 GPS經緯度擷取 49 圖5.3.2 DSP輸出訊號 50 圖5.3.3 上數計數器示意圖 51 圖5.3.4 上數計數器量測訊號 51 圖5.3.5 平行輸入/串列輸出示意圖 52 圖5.3.6 串列輸入/平行輸出示意圖 52 圖5.3.7 FPGA接收 53 圖5.1.8 FPGA判斷 53 圖5.3.9 FPGA平行輸出訊號 53 圖5.3.10 CL232腳位圖 54 圖5.3.11 ICL232與GPS及DSP連接的相對腳位圖 54 圖5.3.12 ICL232與DSP及FPGA連接的相對腳位圖 54 圖5.4.1 伺服馬達的PWM訊號週期及轉0°時的脈衝寬度 55 圖5.4.2 接收機的gear頻道訊號波形 57 圖5.4.3 手動、自動飛行模式下脈衝寬度調變訊號波形圖 57 圖5.4.4 全系統程式 61 圖6.1.1 系統整合圖 63 圖6.1.2 系統各個部分訊號流程圖 64 圖6.1.3 各硬體線路連接情形 64 圖6.1.4 系統硬體整合 65 圖6.2.1 副翼控制翼面 66 圖6.2.2 尾翼控制翼面 66 圖6.2.3 UAV負載配置圖 67 圖6.2.4 地面測試 67 圖6.2.5 地面測試車輛路徑圖 69 圖6.2.6 5V電池電壓穩定分析測試圖 70 圖6.2.7 空機試飛 71 圖6.2.8 虛擬酬載試飛 72 圖6.2.9 Robust-1起飛-導航-降落圖 73 圖6.2.10 eTrex Vista外觀圖 74 圖6.2.11 Vista導航點飛行路徑圖 75

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    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2002-07-09公開
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