室外定位无人机

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室外定位无人机项目说明

室外定位无人机软件开发

主要步骤
遇见问题

1.0 前置知识

  • 硬件平台：凌霄飞控，GPS。
  • 前置知识：C语言

1.1 步骤

  1. 接收 GPS 信息的驱动。
  2. 坐标转换。
  3. 路径写入。

1.2 驱动

1.2.0 GPS 协议 NMEA 和 UBlox 区分

主流 GPS 分为两种协议 NMEA 和 UBlox。NMEA 以 $ 开头 * 结束以字符串类型输出，UBlox 主要是以二进制输出，有专门的帧头，具体的协议解析要看相关文档。输出信息主要有用的数据是位置也就是经纬度、海拔高度、速度和相关精度。协议中一般会把这些关键数据放在一帧中方便使用。

1.2.1 GPS 对外接口

一般使用串口输出，不同协议除了输出也有专门的控制帧输入到 GPS 中，然后控制输出的数据可以专门输出一帧，或者设置波特率等等。

1.2.3 驱动程序

  1. NMEA可以通过最后异或校验，通过数逗号判断是哪个数据，然后将字符串转成数字。
  2. UBlox可以通过和校验，通过一个联合体，一个是 char 类型数组作为串口接收数据，然后一个真实数据类型的结构体，自动完成类型转换。

1.3 坐标转换

这部分主要问题在坐标系类型转换，需要将以世界坐标系输出的速度转换成无人机坐标系进行输出。

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/*
将二维向量进行逆时针旋转 x 角度，当坐标系转换时可以认为是向量逆时针旋转 -x 度
|x2|    |cosx, -sinx|    |x1|
|  | =  |           |    |  |
|y2|    |sinx, cosx |    |y1|
*/
void rot_vec_2(float in[2], float sinx, float cosx, float out[2]) 
{
	out[0] = in[0] * cosx - in[1] * sinx;
	out[1] = in[1] * cosx + in[0] * sinx;
}

我主要使用比较简单的二维平面的坐标系变换，角度就只用 yaw 角。当然最好用四元数进行三个维度的转换更加准而且没万向锁问题。

1.4 路径

路径这一步是比较简单的就是第一步先起飞，然后飞向第一个航点，再依次飞行，最后再降落。

2.0 遇见问题

2.1 飞控硬件问题

一开始装上 GPS 进行定点模式下飞行。定住两三秒后就不太受控了，一直不知道什么问题，GPS 数据什么的看上去很正常，但是忽略了磁罗盘，甚至换了 GPS 以为是震动使它有问题，结果还是一样。最后换了一个飞控终于正常了。后来寄回检修发现是磁罗盘坏了。

2.2 快速三角函数问题

一开始使用这个三角函数以为传一个角度，结果它是一个快速三角函数通过多项式快速计算只能 -PI 到 +PI 转换，不然就会很大很大。

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double mx_sin(double rad)
{
	double sine;
	if (rad < 0)
		sine = rad * (1.27323954f + 0.405284735f * rad);
	else
		sine = rad * (1.27323954f - 0.405284735f * rad);
	if (sine < 0)
		sine = sine * (-0.225f * (sine + 1) + 1);
	else
		sine = sine * (0.225f * (sine - 1) + 1);
	return sine;
}

2.3 坚持

通过这次其实是个大创项目，我们前期没有意识到时间的重要性，以为有一年时间，一拖再拖。最后遇到飞控的问题，几乎都绝望了，但是我们没有放弃，坚持下去，最终完成了这个项目。