臺灣博碩士論文加值系統

本文的研究目的是以GPS接收機所量測之觀測量為基礎，搭配自製的攝影機構與遙控飛行載具，來達成空中監測平台之開發。此一監控平台包含空中系統與地面系統兩大部分。空中系統以市售之小型PC為核心，搭配GPS接收機所得知的導航資料，經由Labview程式運算可得飛行載具與目標點之位置向量，並經由伺服馬達控制器輸出角度控制指令給攝影機構，經由攝影機構內的微型攝影機來獲得目標物之影像。
飛行載具部份，選用A字型尾翼、引擎後置、高翼配置與高展弦比之設計，此構型除了能靈活安裝機載設備外，更可滿足長時間滯空並穩定飛行的目標。此外，A型尾翼設計有“proverse roll-yaw coupling”之特性，可縮小飛機之迴轉半徑，有助於偵搜任務之執行。
地面系統部分則是一地面監控站，接收機載系統回傳的的導航資料與影像，來確認載具當時的狀態與目標影攫取之狀況。整套系統已由四次的試飛來驗證系統之可行性。

The study is to reach the development of air surveillance vehicle by using photography machinery which is based on the navigation data from the GPS receiver, and UAV (unmanned aerial vehicle). This surveillance platform includes two parts. One is the air subsystem, second is the ground observation subsystem. The air subsystem major part is the small size computer, which is used to control the photography machinery to point the target continuously. The target lock-up process is calculate that position vector between UAV and the target through LabVIEW, and the rotation angle of calculate result will transfer from the computer to the servo motor in the photography machinery through the servo controller.
In the design of UAV, we choose the inverted V-tail, engine mounted in the back fuselage, high wing, high aspect ratio configuration. Because this configuration produces a desirable ‘‘proverse roll-yaw coupling.’’ The inverted V-tail is also said to reduce spiraling tendencies.
The function of ground observation subsystem is receiving the navigation data and camera image from the air subsystem to confirm the status of UAV and the target’s image. All system has been proved in four times of flight test.

誌 謝 i
摘 要 ii
Abstract iii
目 錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機與目標 1
1-3文獻回顧 2
第二章 UAV偵照鎖定系統架構 4
2-1任務需求 5
2-2系統架構 5
第三章 參考座標系統與座標轉換 7
3-1座標系統 7
3-1-1地球固定系統(Earth-Centered Earth-Fixed, ECEF system) 7
3-1-2本地水平系統(Local level frame 8
3-1-3體座標系統(Body axes system) 9
3-1-4尤拉角(Euler angles) 9
3-2攝影機構次系統與座標轉換 10
第四章 系統硬體設計 15
4-1機載系統 13
4-1-1機載電腦 15
4-1-2 GPS接收機 16
4-1-3伺服馬達控制器 20
4-1-4資料傳輸模組 22
4-1-5攝影機構與影像傳輸模組 13
4-2地面監控站 20
4-3機載系統與地面監控站程式架構 25
4-3-1 GPS接收機Serial port初始設定 28
4-3-2 GPS接收機資料讀取 29
4-3-3 GPS接收機資料彙整 30
4-3-4伺服馬達控制器程式架構 30
4-4飛行載具 31
4-4-1概念設計 31
4-4-2初步設計 32
4-4-3細部設計 43
4-4飛行載具 31
第五章 系統測試 47
5-1 GPS定位測量 47
5-2機載系統與地面站整合測試 49
5-3全系統飛行測試 52
第六章 結果與討論 55
參考文獻 56

















圖目錄
圖 2-1任務概念圖 4
圖 2-2系統架構 6
圖 3-1地球座標系統可用直角與球座標來表示 7
圖 3-2本地水平系統 8
圖 3-3體座標系統與本地水平系統 9
圖 3-4尤拉角表示 10
圖 3-5攝影機硬體架構與相對應之座標軸 11
圖 3-6本地水平系統旋轉 、 與 後與體座標系統重疊 12
圖 3-7 在移動 與 後轉移到攝影機構所形成的球座標 13
圖 4-1 Asus Eee Box PC 15
圖 4-2 GARMIN GPS 35-LVS 17
圖 4-3 GPS接收機所傳輸之部分資料 18
圖 4-4 Parallax Servo Controller 21
圖 4-5 XBee Pro 900 XSC RPSMA 22
圖 4-6攝影機構 24
圖 4-7影像傳輸器 24
圖 4-8地面監控站 25
圖 4-9程式控制流程圖 21
圖 4-10 GPS接收機Serial port初使設定 28
圖 4-11資料讀取迴圈 29
圖 4-12 GPS接收機資料讀取 30
圖 4-13伺服馬達控制器子程式 31
圖 4-14 AEROSONDE UAV 32
圖 4-15同尺度無人飛機之空重及起飛重量資料 33
圖 4-16動力負載及翼面負載關係圖 35
圖 4-17 O.S.Engine 91 FX二衝程引擎 35
圖 4-18主翼幾何外型設計 37
圖 4-19 A型尾翼之水平與垂直分量尺寸 38
圖 4-20主翼副翼（Ailerons）和襟翼（Flaps）尺寸設計 41
圖 4-21尾翼及舵面尺寸 42
圖 4-22載具概念設計三視圖 42
圖 5-1水平定位誤差範圍 48
圖 5-2高程定位誤差範圍 49
圖 5-3距離誤差量測 49
圖 5-4地面站與飛行載具 50
圖 5-5地面站影像與資料接收端 51
圖 5-6目標鎖定之連續畫面 51
圖 5-7攝影機構與影像傳輸器安裝位置 52
圖 5-8三維飛行軌跡 53
圖 5-9試飛場地衛星照片與軌跡平面投影 53
圖 5-10鎖定連續畫面 54

























表目錄
表 4-1機載電腦規格 16
表 4-2 GARMIN GPS 35-LVS規格表 17
表 4-3 GPRMC傳輸資料說明 19
表 4-4 GPGGA傳輸資料說明 20
表 4-5 Parallax伺服馬達控制器規格表 21
表 4-6 XBee Pro 900 XSC RPSMA規格表 23
表 4-7機載系統重量資料 34

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【14】惠汝生,“ 自動量測系統-LabVIEW”,全華科技圖書股份有限公司，2002.
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