无人机模拟飞行与控制技术 课件 项目八 地面站操作

项目八

地面站操作项目简介地面站操作是训练通过计算机或平板等设备远程规划航线、监控无人机状态的核心技能,是超视距飞行的必备能力。通过本项目,能正确、精准地规划航线,避免无效飞行。本项目采用典型的致导地面站,对标CAAC超视距驾驶员考试标准,旨在对多旋翼无人机的超视距飞行过程中的预规划进行训练,包括:认识地面站软件、航线参数计算、航线预规划训练等内容。目

录任务一认识AheadXSpaceV3DLITE任务二航线参数的计算任务三

航线预规划任务一认识AheadXSpaceV3DLITE任务信息学习目标：1、安装AheadXSpaceV3DLITE地面站2、熟悉AheadXSpaceV3DLITE地面站界面训练任务描述在CAAC超视距驾驶员考试中,地面站操作作为实践考试中最后的考试科目,是众多实践科目中的重点与难点,是考生能否通过超视距驾驶员考试的关键环节。地面站操作考核时可大致分为三个阶段,航线规划、航线执行与重规划和紧急返航,主要评估考生使用地面端设备规划航线、执行任务和应急处理的能力。三个阶段中,航线规划是其他两个阶段的基础。因此,对航线规划的学习和训练是超视距驾驶员必须重点学习的科目。（1）从致导科技官方网站下载并安装地面站软件。在选择安装位置时,如计算机中存在多个硬盘分区,请将软件安装在非系统盘下,且安装目录不包含中文字符（2）首次安装时,在选择安装组件界面需勾选全部组件，等待软件安装即可（3）首次安装时,软件自动安装所需插件。单击下一步,勾选接受协议进行安装,等待插件安装完成下载并安装AheadXSpaceV3DLITE地面站地面站界面信息（1）安装完成后,双击桌面AheadXSpaceV3DLITE图标,启动地面站软件。当无需连接无人机时,可点击按钮直接进入地面站界面（2）将配套的致导科技无人机地面电台(串口)接入电脑后点击搜索无人机“按钮”,地面站将自动搜索无人机（3）单击进入主界面。界面右上角为仪表盘，表盘中所显示的信息分别为航向角、俯仰角、滚转角、地速、相对高度、海拔高度、垂直速度、高度计高度信息。仪表盘下方分别为油门转速、电压监控、导航信息和飞控模式信息。油门转速显示飞控输出油门量及转速监控通道采集到的转速（4）主界面正上方为飞行状态栏,显示飞控当前模式状态以及切换原因及应答信息等重要内容（5）主界面左上角为系统菜单，分别为基础配置、功能配置、用户登录和切换地图视角（6）在地图区域内单击鼠标右键，可执行常用地图操作（7）主界面左侧一栏为任务规划工具栏，分别执行形状管理、航线编辑、归航点编辑和起飞前检查功能（8）主界面正下方为自动飞行操作界面，可通过该界面对无人机进行自动飞行的操作任务清单任务名称AheadXSpaceV3DLITE地面站的安装与使用任务要求掌握地面站的基本功能，掌握正确的安装和使用AheadXSpaceV3DLITE地面站。任务准备(1)准备好电脑

（2）准备好网络（3）准备好无人机任务内容AheadXSpaceV3DLITE地面站的安装与使用任务步骤(1)登录致导科技官方网站,查阅AheadXSpaceV3DLITE地面站的操作手册(2)下载并安装AheadXSpaceV3DLITE地面站软件(3)将无人机地面电台(串口)接入电脑后单击“搜索无人机”按钮,查看无人机信息,并对无人机进行重命名(4)连接无人机状态下,进入地面站主界面,熟悉地面站主界面的功能面板(5)断开无人机连接,在不连接无人机状态下,再次进入地面站主界面,对比连接状态下的地面站主界面尝试进行离线操作任务评价学生自评教师点评任务二

航线参数的计算任务信息学习目标：1、理解方位角、航向角、航线夹角的概念2、能根据条件正确计算航线参数方位角是从某点的指北方向线起，顺时针旋转至目标方向线所形成的水平夹角，其取值范围为0°至360°，覆盖了地理方位中水平方向上的所有方位，以“度”为主要单位。在地理方位的描述中，分别用N、E、S、W，代表正北、正东、正南、正西四个方位，其中N（正北）既是起点也是终点，方位角既是0°也是360°。方位角以顺时针旋转为正，E（正东）的方位角为90°，S（正南）的方位角为180°，W（正西）的方位角为270°。方位角假设1为起点，2为目标点，2点在1点正东方向，则1-2直线的方位角，可以表示为1和2的连线与1点正北方向的夹角。因此，直线1-2的方位角为90°。同理,直线2-1的方位角，是以2点为当前点，1点为目标点时，1和2的连线与2点正北方向的夹角。因此，直线2-1的方位角为270°。可以发现,直线1-2与直线2-1的方位角相差180°。因此,当由1点和2点构成的直线指向互为反向时，直线1-2的方位角α与直线2-1的方位角β的关系为：β=α+180°。当计算结果大于360°时,需再减去360°作为最终的方位角。航向是指航空器航行时,在地理描述中的方向,通常用航向角来表示。航向角通常以“航空器所在位置的子午线北端”为起点,沿顺时针方向旋转至“航空器纵轴在水平面的投影”间的夹角表示。在航线规划时,一般以地理子午线为基准,且飞机在飞行时,纵轴方向通常与航线方向一致。在预规划航线时(尤其是多旋翼无人机的航线规划),通常将飞机纵轴与目标航线重合,因此航向角的数值与方位角相等。航向角任务规划中的一条航线通常由多个航点组成，连续的闭合或不闭合的图形，并非单纯的一条直线。在一条航线内，不同航点间的连线相交时组成的角称为航线夹角。例如，若闭合航线构成等边三角形,其航线夹角均为60°。航线夹角在地面站操作中,预规划航线是流程的起点,其中航向角的计算尤为关键,它决定了航线的准确性。如等边三角形航线(航点顺序为顺时针方向),当1-2的航向角为α时,2-3的航向角该如何计算?航向角的计算沿着1-2的方向延长直线,根据方位角(航向角)的定义,2-3的航向角大小等于1-2的航向角α加上角β(β为航线夹角的外角),由此可得出2-3的航向角。同理,3-1的航向角等于2-3的航向角加上航线夹角的外角。仍沿着1-2的方向延长直线,根据方位角(航向角)的定义,2-3的航向角大小等于1-2的航向角α减去角β(β为航线夹角的外角),由此可得出2-3的航向角。同理,3-1的航向角等于2-3的航向角减去航线夹角的外角。在计算航向角时,可延长已知航向角的航线,以已知航线的目标点为支点,向所求目标航线旋转。目标航线的航向角可按照“顺时针加、逆时针减”的规律,通过加减所需角度计算得出。需要注意的是:若得到的航向角大于360°,应减去360°;若小于0°,应加上360°,以保证航向角处于0°~360°的范围内。例题1：预规划航线为下图所示的正方形,1-2的航向角为60°,分别求出2-3、3-4、4-1的航向角。分别作1-2、2-3、3-4的航线延长线。将1-2的延长线向2-3的方向顺时针旋转,因此2-3的航向角为1-2的航向角加上航线夹角的外角,即:2-3的航向角为:60°+90°=150°同理,3-4的航向角为:150°+90°=240°4-1的航向角为:

240°+90°=330在航线规划中,航向角仅能保证无人机飞行方向的正确,要确定无人机的飞行位置或区域时,还需要确定无人机某个航点的经纬度。经纬度是经度与纬度组成的坐标系统,是一种利用三维空间的球面来定义地球空间的球面坐标系统,能够标示地球上的任何一个位置。经线和纬线是为了度量而假设出来的辅助线,实际上并不存在。经纬度（1）经度经线也称子午线,定义为地球表面连接南北两极的大圆线上的半圆弧。任两根经线的长度相等,相交于南北两极点。每一根经线都有其相对应的数值,称为经度。经度分东经和西经,指向南北方向。经度的表示:以本初子午线为0°经线,地球上其他地点的经度是向东到180°或向西到180°,即经度有东经和西经之分。东经用“E”表示,西经用“W”表示。或用数值上的正负表示东西经,东经为正,西经为负（2）纬度纬线定义为地球表面某点随地球自转所形成的轨迹。任意的纬线都是圆形且两两平行。纬线的长度等于赤道的周长乘以该纬线纬度的余弦值。因此,在所有纬线中,赤道最长,离赤道越远的纬线,周长越短。纬度是指过椭球面上某点作法线,该点法线与赤道平面的线面角,其数值在0至90度之间。从赤道向北和向南,各分90°,称为北纬和南纬,分别用“N”和“S”表示,指向东西方向。经度或纬度的每一度被分为60分,每一分又被分为60秒。常见的经度或纬度表示:东经23°27'30″、西经23°27'30″、北纬40°35'54″等。经度或纬度也可将分和秒换算成度来表示,如东经23.45833°、-113.45833°、45.15623°等。换算公式如下:

任务清单任务名称航向角的计算任务要求理解并掌握方位角的概念。掌握如何利用航线的夹角计算方位角,为后续CAAC考试中航线预规划打下基础。任务准备准备纸笔任务内容（1）预设航线如左下图所示的扫描航线，3-2的航向角为30°，分别求出1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-7、7-8、8-9、9-10、10-11、11-12的航向角。（2）预设航线如右下图所示闭合航线，2-3的航向角为45°，1-2距离等于2-3距离，分别求出1-2、3-4、4-5、5-1的航向角。任务评价学生自评教师点评任务三

航线预规划任务信息学习目标：1、掌握在AheadXSpaceV3DLITE地面站中正确的进行航线预规划,2、满足CAAC超视距驾驶员考试要求航线预规划是指根据既定任务,结合环境限制与飞行条件约束,通过地面站软件预先制定飞行航线。航线规划的内容包括起飞点、途经点(航点)、航向角、航点位置信息、飞行高度、飞行速度、转弯模式、航线执行次数和归航模式。在CAAC超视距驾驶员考试中,航线规划的内容通常给出的并不完整,需根据已知的条件信息,求解出未知信息后,再进行操作。任务描述训练要求多旋翼无人机米字航线飞行训练要求：（1）米字航线飞行训练时,要牢记点位顺序,匀速、连续、高质量地完成（2）飞行训练过程中,应保持油门杆位,高度不发生明显变化（3）应沿着航线进行飞行,位置偏差不超出±1m。直线航迹不出现蛇形,斜线飞行时尽可能飞直（4）修正过程中,不得出现错舵现象（5）要时刻观察无人机的位置,提前预判无人机运动轨迹,保证无人机到达预定点位。（1）可先在未连接无人机的状态下进入主界面,训练航线预规划操作。（2）认真阅读题目要求,总结出航线规划的已知条件,并根据已知条件求解位置条件。（3）打开AheadXSpaceV3DLITE地面站,进入主界面后,单击“左侧航线编辑面板”,单击绘制航线。（4）在地图区域位置单击鼠标左键绘制航点1。单击“航线编辑面板”中的航点1,设置位置信息(根据实际情况切换经纬度输入方式)。（5）选中航点1的状态下,在“航线编辑面板”中任意位置单击鼠标右键,选择“定位该航点”,界面将自动选择该航点位置。航线与规划操作（6）按住“Shift”键,右键单击航点1,在弹出的面板中设置下一个航点的航向角和距离。（7）可先设置起飞点。在归航模式中,点选已绘制的航点为起飞点，点选后再将设置的航点删除。（8）再次点击“航线编辑面板”,按住“Shift”键,右键单击航点1,在弹出的面板中根据计算结果依次绘制航点。（9）单击“航点编辑面板”中的“航点设置”按钮,设置航线的飞行高度、水平飞行速度、垂直飞行速度和转弯模式,每个参数在输入后,需点击“调整”才设置成功。（10）在航线预规划中,对于未知的航向角或航点,可通过角度三角函数值的计算,近似得出航向角或航线长度。航线预规划中,有一类比较特殊的航线———圆形航线。由于无人机在自动飞行时,通过航点来进行飞行路径的控制,对于圆形航线,可看作是由多个航点拟合而成。在地面站绘制时,需要注意:①拟合圆形航线的航向角都是以圆心为基准。②拟合圆形航线有顺时针旋转和逆时针旋转的区别。当航线为顺时针旋转时,在AheadXSpaceV3DLITE地面站中绘制航点,需逆时针绘制。当航线为逆时针旋转时,在AheadXSpaceV3DLITE地面站中绘制航点,需顺时针绘制。在AheadXSpaceV3DLITE中,也可通过“生成制式航线”按钮,快速绘制制式航线。在航线编辑面板上,单击“制式航线”按钮。在弹出制式航线设置面板中,可选择特殊的制式航线,如三角形、正多边形、扫描航线、拟合圆形、8字航线、弓形航线等。需要设置的参数包括:边长、航