无人机是一种带有动力装置、能够自主飞行的无人驾驶飞行器，可以执行多种任务和多次使用的，其用途广泛、成本低、使用方便，在社会各应用领域得到了广泛的应用，如用于军事侦察、监视、反恐行动等，还可用于民用航空摄影、交通巡逻和对复杂危险区域的检查以及救灾等[1]。由于无人机无须人员驾驶，不会存在人员伤亡风险，且机动性能好，能够执行人类无法到达的地方或某些危险区域的任务，应用前景非常广阔。当无人机在飞行过程中，由于无人直接操纵，需要自动调节其姿态、飞行速度和运行轨迹，甚至需要根据飞行任务的要求，自主进行飞行计划和轨迹规划[2]。因此无人机飞行控制系统极其重要，为实现无人机的自主飞行，得到所需控制的方向和距离，有效避开障碍，保证良好的控制效果，设计了一种基于深度学习无人机的控制系统。

1 无人机系统总体结构设计

在无人机系统总体设计前首先要构建无人机飞行平台，用于进行系统研究和飞行试验，负责控制整个无人机系统。无人机飞行平台是无人机飞行的基础，也是其他飞行器的载体，要求重量轻，刚度大，强度高，应选择STM32 作为主芯片，框架制作采用玻璃钢材料，电源模块负责为飞机控制系统、驱动系统和电机动力提供电源[3]。

系统总体结构设计如图1所示。

图1 所设计系统总体结构

系统采用STM32 单片机作为主控芯片，主控核心是采集PPM信号并在远程控制上解码，从而达到预期的目标姿态。系统总体结构设计包括：航向基准系统、飞行控制系统、电源系统、驱动电路等部分；下半部分包括地面站系统、远动控制操作系统、数据链通信系统、未来将开发地面站系统；遥控操作系统采用7通道模式遥控器，数据链系统采用无线通信模块的设计方法[4]。

1.1 传感器

为提高飞行器飞行控制的可靠性，需要将飞行器的俯仰角和横摇角作为稳定回路的反馈信号引入到控制回路中，同时为提高系统的实时性，还需要通过角速率反馈增加阻尼。飞行器的飞行姿态是通过惯性测量装置得到的，该装置主要由三个陀螺仪、三轴加速度传感器和全向磁场传感器组成，通过GPS 接收器和最大精度为15 cm的静压高度计获取飞机的位置信息。该飞行控制系统结合了上述传感器，构成了一个时态姿态参考系统，能够精准获取无人机自主飞行时所需的位置、姿态和飞行速度等相关信息。

尽管GPS广泛应用于导航、定位、测速等各个领域，但GPS信号经常受到地形和地物的影响，导致信号精度下降，影响正常使用。对于高层建筑林立的城市或植被茂密的山区，信号效果只有60%，而GPS 还不能在静态条件下提供精确的高度信息，所以本文选用精度15 cm 的MS5540C 静压高度计来弥补GPS 高程定位的不足。数字大气压力传感器MS5540C具有温度补偿校正功能，同时还具有体积小、重量轻、输出数据稳定、功耗低、响应快等优点。该控制器的接口电路比较简单，连接系统时钟至外设32.768 KHz，利用UART接口与飞行控制计算机进行实时通信。

1.2 执行机构驱动模块

无刷型直流电机具有周期长、效率高等特点，它与无刷电机共同应用于执行机构的控制系统中。引擎是飞机姿态控制的重要动力来源，无刷式直流电机的工作原理是通过气动使转子转速变化来改变飞行姿态。以PWM波形为控制信号对无刷直流电机进行控制，由DSP 发出的PWM 信号具有不同的占空比，根据这些信号，电机也会产生不同的速度，从而造成不同的飞行姿态，满足飞行需求。

1.3 电源模块

动态对整个系统至关重要，为确保系统的正常供电，首先要对系统的功率需求进行分析，然后根据最大输入电流等参数，选择合适的调功器进行电路设计。选压指标：输入5 V，输出3.3 V，最大输出电流300毫安以上。最后选定的调压器最大输出电流为500毫安。

系统供电方案如图2所示。

图2 系统供电方案

系统供电方案设计中是通过发电机组将机械能转化为电能、干电池将化学能转变为电能的方法，由于发电机组和电池不充电，而这两个极子分别带正、负电荷，因此只需加个电压来使它们产生电压。当电池组的两极与导体相连时，正电荷和负电荷通过放电产生电流，充完电后，电流(压力)就没有了。干电池就是所谓的电源，把交流电源通过变压器和整流器转换为直流电源的装置叫作整流电源，能够发出信号的电子装置叫作信号源，三极管能对前面发出的信号进行放大，然后将放大后的信号传送到后面的电路中给系统供电。

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