基于单片机的无人机真空速测量系统设计
nt属性(设置或返回接收缓冲区中等待计算机接收的字符数),Input属性(从接收缓冲区中读取数据并清空接收缓冲区)。
4 真空速解算方法设计
4.1 线性插值原理
分段低次插值是函数插值方法的一种,将比较复杂的函数f(x)的插值区间[a,b]分成一系列子区间,在每一个子区间[xi,xi+1]上,用一个简单的函数来近似原函数。当每个子区间采用的近似函数为一次函数时,就成为常用的线性插值法。
子区间的线性插值公式为:
h即为插值步长。在计算函数值时,系统采集到x值,然后找到值所在的插值区间[xi,xi+h]及相应函数值[yi,yi+h],便可根据插值公式计算出y值。
4.2 插值节点计算
由公式(1)看出真空速计算公式比较复杂,如果直接用单片机进行计算,则会占用大量内存资源,从而降低计算速度。因此,在系统允许误差范围内,对原函数采用插值,将复杂函数用一个简单的函数来近似。由于真空速计算式有两个变量,无法直接采用分段线性插值来解算,考虑到实际运算的方便,使用公式(6)来计算真空速值。
则公式(6)中的真空速分为两部分:一部分是只包含动压PD变量的指示空速Vi,另一部分是只含有静压PH变量的气压高度H的函数式H’,通过计算可得1≤H’≤1.289 9。
指示空速Vi和气压高度日的计算公式分别如公式(7)和公式(8)所示。
根据公式(4),对真空速公式的两部分分别进行处理。
首先对的Vi进行分段线性插值。插值节点个数可由线性插值余项来确定:
本设计中将插值计算的相对误差设为0.5%,则δ=400x0.000 5=0.2 km,,根据公式(9)可得,插值步长为。令h=29,插值节点。因为为整数,所以令,n=266。
真空速公式的第二部分是气压高度H的函数式H’,在此不对H进行插值,而直接对H’进行插值。本设计中将插值计算的相对误差设为0.01%,则δ=1.2899×0.01%=0.012 899≈0.0013。M=max|(H’)”(Ph)|=.513×10-10,根据公式(9)可得,插值步长为。则插值节点n≥
。为整数,所以令n=8。
只要通过上述插值算法分别计算出动压相应值和静压相应值,然后相乘即得到实际真空速值。
5 测试结果
表1是高度分别在0 m,1 000 m,3 000 m和5 000 m实时计算出的真空速实际值。从表中看出,实际真空速最大误差均不超过4%,能够满足设计要求。
文中设计的基于单片机的无人机真空速测试系统,电路简单,体积小,重量轻,性能稳定,能够实时、准确地测量出真空速值,适用于小型无人飞行系统。
- Linux嵌入式系统开发平台选型探讨(11-09)
- VxWorks实时操作系统下MPC8260ATM驱动的实现(11-11)
- VXWORKS内核分析(11-11)
- Linux内核解读入门(11-09)
- linux文件系统基础(02-09)
- 基于Winodws CE的嵌入式网络监控系统的设计与实现(03-05)