基于VxWorks的無人直升機控制系統(tǒng)設(shè)計

摘 要: 組建了一種基于嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks平臺的無人直升機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠距離無人直升機飛行狀態(tài)信息傳輸，接收地面基站命令后完成自主定點飛行任務(wù)。主要利用基于優(yōu)先級的消息隊列方法和嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks的信號量與看門狗定時功能實現(xiàn)多任務(wù)間調(diào)度，獲得飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)向地面基站傳輸與自主定點飛行的同步。通過實驗飛行，該系統(tǒng)的正確性與可靠性得到了驗證。
關(guān)鍵詞: 無人直升機，VxWorks，任務(wù)，消息隊列

1 前言
自主飛行無人直升機的研究是現(xiàn)今多學科交叉研究的熱點與難點。無人直升機在炮兵射擊訓(xùn)練、戰(zhàn)場監(jiān)視、輸電線路巡視，森林火災(zāi)狀況觀測等軍用與民用方面都有著廣泛的作用。自從1917年英國研制出世界上第一架無人機，無人機已經(jīng)經(jīng)歷了無人靶機、預(yù)編程序控制無人偵察機、指令遙控無人偵察機、復(fù)合控制和自主飛行多用途無人機的發(fā)展過程，現(xiàn)今無人直升機研究在于自主飛行控制。現(xiàn)今無人直升機任務(wù)多樣化和遠距離作業(yè)需求，對無人直升機遠距離通信和控制提出了更高要求【1】。

在無人直升機控制系統(tǒng)設(shè)計中采用實時操作系統(tǒng)是現(xiàn)今研究的重點與熱點。VxWorks是專門為實時嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的32位操作系統(tǒng)，它高性能內(nèi)核和友好用戶開發(fā)界面使得VxWorks成為目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域使用最廣泛、市場占有率最高的系統(tǒng)。把VxWorks操作系統(tǒng)應(yīng)用到機載控制計算機中，可以滿足無人直升機信息處理的實時性要求。機載控制計算機需要控制無人直升機上多個設(shè)備，同時還需要與地面基站系統(tǒng)通信，VxWorks操作系統(tǒng)良好的多任務(wù)調(diào)度功能可以滿足多任務(wù)需求。同時VxWorks操作系統(tǒng)具備體積小、可裁減和支持多種CPU的高性能【2】，使得無人直升機控制系統(tǒng)在硬件選取上具備很高的靈活性。

VxWorks操作系統(tǒng)提供了多網(wǎng)口的源代碼驅(qū)動，支持TCP與UDP協(xié)議、遠程調(diào)用、遠程文件訪問、文件輸出、遠程命令執(zhí)行等強大網(wǎng)絡(luò)通信功能，同時它的開發(fā)工具Tornado界面友好，調(diào)試方便【3】。這些特點縮短了控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，達到了預(yù)期的效果。

系統(tǒng)設(shè)計

1.1 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
無人直升機控制系統(tǒng)包括以下七個部分：無人直升機、機載控制計算機、機載平衡模塊、機載導(dǎo)航模塊、手動遙控模塊、地面基站與其他機載模塊，其他機載模塊根據(jù)系統(tǒng)擴展的需要進行添加【4】。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖一

圖一 無人直升機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖