中航工业杯申报书.doc

“中航工业杯”-国际无人飞行器创新大奖赛申报书“中航工业杯”国际无人飞行器创新大奖赛比赛申报书哈尔滨工程大学信息与通信工程学院2011/5/1尊敬的学校、校团委及相关部门领导：“中航工业杯”国际无人飞行器创新大奖赛将于2011年9月在北京中国航空博物馆举行，比赛由中航集团主办，是国内该领域最高级别赛事，比赛面向相关高校及研究机构，在业内有很高的知名度。我校作为哈军工继承人之一，在无人机方面有很强在技术储备，在近几年中国机器人大赛空中机器人项目中蝉联冠军。基于以上学科基础和学校的研究背景，我们准备参加相关项目的竞赛，下面是我们参加本赛的一些技术方案，请领导们审阅。一、比赛简介“中航工业杯国际无人飞行器创新大奖赛”，是由中国航空工业集团公司、中国航空学会主办，由中航文化股份有限公司、中国航空博物馆承办，由团中央网络影视中心、航空知识杂志社、北京高博特广告有限公司、航空网、北京安翔航模俱乐部协办，并由中国科学技术协会、中国宋庆龄基金会、共青团中央担任指导单位的大型比赛。本次比赛共分为两个项目，其一是创意大奖赛，另一个是我们准备参加的竞技大奖赛。竞技大奖赛规则要求参赛者设计和制造小型常规固定翼无人机系统，能够完成自主起飞、自主飞行并能在模拟的航母甲板上的完成自主着舰飞行。比赛场地设置在北京中国航空博物馆内，由起飞跑道、飞行空域和模拟航母甲板组成。起飞跑道为沥青跑道，长260米、宽15米，飞行空域范围为1千米1千米，高度限制200米。飞行空域及参考航线示意图见图一：图一模拟航母甲板有效着舰区范围长30米，宽8米，高出地面0.8米。在着舰区设置4根间距4米的拦阻索。拦阻索为长度8米、直径5毫米的尼龙索，中心高出有效着舰区平面30毫米。拦阻索与沙袋阻尼装置相连，沙袋阻尼装置可配置不同重量的沙袋，由参赛者自行选择和调试。在起飞段和着舰段，分别设置15米宽，高度不限的限宽门。起飞限宽门位于起飞线前方50米处，着舰限宽门位于第2拦阻索后方100米处。二、 比赛方案2.1总体技术方案按照比赛规则要求，我们初步设计了一款常规气动布局固定翼飞行器，无人机采用燃油发动机，机身采用新型碳纤维复合材料，起落架采用钛合金加工，可实现遥控和自主飞行，两种控制模式能够实现切换。自主飞行由自驾仪控制飞行，由数传电台进行地面站和飞行器的通讯。具体技术参数如下：机身长：2240mm翼 展：2610mm机体高度：580mm起飞重量：10KG巡航速度：18m/s最大航速：40m/s起落架布局：前三点式比赛的难点在于如何实现无人机自主着舰，能够着舰到预定阻拦锁上主要取决于能否精确的导航，基于以上难点我们拟定了三套导航方案。三套导航方案分别为：方案一、利用DGPS导航、方案二、图像识别导航方案三、利用激光导航2.2 导航方案方案一：DGPS（差分GPS）导航利用DGPS导航的原理是差分GPS工作原理是由地面差分基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得更高的定位精度。利用差分GPS对无人机进行定位导航，就是用两台GPS接收机，一台置于已知点(地面控制站)作基准站，一台置于无人机，两台接收机同步跟踪观测相同的GPS卫星。基准站所测伪距观测值与已知距离比较，求出伪距修正值，通过数据链传输给无人机上的接收机。无人机上的GPS接收机在观测GPS卫星的同时，接收来自基准站的修正参数，对观测伪距进行修正，然后用修正后的伪距进行定位，解算出位置坐标从而完成对无人机的导航。原理如图二所示： 图二方案二：图像识别导航图像识别导航是通过放在着陆平台中垂线两侧并且与中垂线距离相等的两台高分辨率摄像机实时捕捉无人机飞行时的图像信息，通过计算机解算，得出无人机的飞行坐标，当无人机与两台摄像机保持成等腰三角形时，能保证无人机沿着着舰区中央着陆。利用两台摄像机能更精确的为无人机定位，从而为无人机进行精确地导航，使无人机能安全地着陆。图三为图像识别导航原理图：图三方案三：激光导航 激光导航是由机载或非机载的激光照射器发射激光束打到目标上，再由无人机上的四象限激光寻的器接收目标漫反射的激光，形成引导指令，实现对无人机的精确制导，为无人机的安全着陆提供依靠。图四为激光导航原理图。图四三、方案可行性分析与比较3.1可行性分析在近五年的中国机器人大赛空中机器人固定翼项目中，信息与通信工程学院代表我校参赛获得冠军五项、亚军三项。我校海天队是该项比赛设置以来唯一能够完成自主起飞和自主降落任务的参赛队伍。同时海天队在以往比赛中力克西工大、北航、北理工、清华等传统航空院校，显示了很强的实力。近年来，团队在碳纤维复合材料加工技术、模具成型、图像识别、自主飞行、无人机气动力学等方向做了很多研究，有很强的技术储备。近年来承担了海军新型舰载垂直起降无人机、国家海洋局海岛监控无人机项目、黑龙江省大地测绘无人机项目。团队与自动化学院402、408、409教研室保持良好的合作关系，在导航、图像识别方面有着技术优势。依托信通学院电工电子国家级实验教学中心及全国百佳社团E唯协会，有很多对无人机感兴趣的同学积极参加此项赛事。3.2 技术方案比较本次比赛有详细的评分标准，按照得分最大和性价比、可靠性最高原则我们对三种导航技术方案进行了比较。方案一：使用DGPS导航定位，我们具有多年的使用经验，操纵性和稳定性都可比较好，但是本次比赛的大赛组委建议不使用DGPS导航，并给予不使用DGPS导航的团队一些分数的奖励。方案二：图像识别导航技术较为成熟，难度适中，可靠性较高，但导航精度不如激光制导。方案三：激光制导技术精度较高，具有良好的可靠性，但相对难度较大。四、 经费预算基于以上技术方案，我们对此次比赛技术方面进行了预算，预算如下无人机主体部分预算 项目 单价 数量 金额（元）FUTABA S3015舵机 76020个15200无人机机身、机翼所需复合材料2架58000无人机钛合金起落架170023400无人机前起落架及其加工费用100022000无人机阴人机阳模20000120000无人机附件（防火墙、舵机夹头等）10002套2000FUTABA 12FG 12通道 2.4G 遥控器30502套6100R6208SB接收机，26002个5200发射机接收机电池及电池充电器20802个4160OS160发动机34502台6900外场试验调试所需设备维护、运输费用6000自动控制部分电路所需电子元件，微处理器，电路板加工所需费用16000自动驾驶仪80002套16000无线数传系统65802套13160试验场地材料、搭建、维护费用10000激光测距仪96002套19200无人机导航方式拟试验三种方案：1、DGPS导航 2、图像识别导航 3、激光导航方案1：DGPS导航 项目 单价 数量 金额（元）DGPS接收机及配套设备800002台160000地面站系统280001套28000方案2：图像识别导航项目单价数量金额（元）远距离红外摄像机379002个75800图像传输系统365502套73100地面站系统280001套28000方案3：激光导航项目单价数量金额（元）四象限探测器152002个 30400四象限探测器处理电路47204个18880激光瞄准器142602个 28520稳定陀螺及陀螺电路352002套70400地面站系统280001套28000合计 飞机总体：218320 元 方案一：406320 元 方案二：395220元 方案三：394520元五、参赛的意义及前景本次比赛由中航工业集团发起主办，我校作为工信部直属七所院校之一参加此次比赛意义重大。我校在无人机方向有很强的技术储备，如果在该项赛事中能获奖，对于提升我校知名度和社会影响力有很大的作用。本次比赛背景为模拟无人机在航空母舰上起降，我校以“三海一核”作为办学特色，在海军装备方面有很强技术储备，参加本次比赛对于彰显我校