UAV được hiểu là: Máy bay không có người trực tiếp vận hành trên khoang lái. UAV có thể được điều khiển từ xa bằng sóng radio từ các trạm mặt đất hoặc bay tự động theo một chương trình (quá trình bay) đã định sẵn. UAV được ứng dụng nhiều trong ngành trắc địa và quân sự, để do thám, thu thập dữ liệu mặt đất, bay ở những vùng không gian nguy hiểm…[1]
Hệ thống máy bay không người lái gồm 4 phần chính là máy bay, trạm điều khiển ở mặt đất GCS (Ground Control Station) và hệ thống truyền nhận dữ liệu (Data Link), hệ thống định vị.[2]
Sơ đồ khối hệ thống UAV cơ bản[2]
-
GCS có khả năng giao tiếp thời gian thực với máy bay thông qua các hệ thống truyền nhận dữ liệu. Trạm mặt đất được dùng để theo dõi các trạng thái thực của máy bay, để theo dõi tín hiệu video do camera trên máy bay quay được. Ngoài ra, trạm điều khiển này còn có thể có chức năng điều khiển trực tiếp, can thiệp vào quá trình bay tự động của máy bay (lập trình, thay đổi quỹ đạo bay, chuyển đổi giữa hai chế độ bay tự động và bay điều khiển từ xa). Dữ liệu, các thông số của chuyến bay có thể được lưu trữ trên máy bay (onboard computer) hoặc truyền trực tiếp về trạm điều khiển để xử lý, lưu trữ. GCS có thể mô phỏng lại các thông số trạng thái đã lưu trữ để phân tích, rút kinh nghiệm cho chuyến bay.
-
Trên máy bay có các thiết bị chính quan trọng là bộ truyền nhận dữ liệu, các cảm biến (sensor) dùng để đo và tính toán các thông số trạng thái của máy bay, các cơ cấu chấp hành (servo) dùng để điều khiển máy bay, hệ thống thu hình camera, một bộ vi xử lý để có thể đọc các tín hiệu cảm biến, truyền nhận dữ liệu và có thể điều khiển máy bay.
-
Hệ thống truyền nhận dữ liệu (data link) đóng vai trò quan trọng cho UAV. Chính hệ thống này bảo đảm cho trạm điều khiển có thể giám sát trực tiếp các hoạt động bay, thu nhận dữ liệu trực tiếp. Nếu hệ thống này bị hỏng, trạm mặt đất sẽ mất liên lạc với máy bay và có thể mất kiểm soát máy bay. Hệ thống này bao gồm bộ thu phát tín hiệu video do camera thu được, và bộ truyền nhận dữ liệu, tín hiệu điều khiển máy bay.
-
Hệ thống định vị (navigation) giúp cho máy bay biết được vị trí hiện tại của mình, và mục tiêu phải đi tới. Độ chính xác của hệ thống định vị rất quan trọng để có thể điều khiển tự động cho máy bay. Có hai hệ thống định vị chính trên máy bay là định vị toàn cầu GPS và định vị quán tính INS.
Về cơ bản, UAV là một hệ thống MIMO kết hợp với nhiều thông số thay đổi liên tục phụ thuộc vào biến động môi trường (như sức gió, độ cao, sự biến động của các luồng khí…) được xây dựng dựa trên:
-
Hệ thống cơ: các động cơ điều khiển hướng, điều khiển lực nâng của máy bay trong không gian…
-
Hệ thống các sensor phản hồi: tốc độ dịch chuyển, tọa độ của UAV trong không gian, quỹ đạo bay…
-
Hệ thống điện-điều khiển: Thu thập dữ liệu từ sensor, tính toán các thông số an toàn, cân bằng, ổn định cho UAV để điều khiển hệ thống cơ dựa trên quỹ đạo (hoặc vùng bay) đã định trước, hoặc được điều khiển nhờ các tín hiệu phản hồi về các trạm trạm dữ liệu mặt đất.
Thời gian thực hiện: 9/2006 đến 2/2007
Thiết kế phần điện tử, viết chương trình cho hệ thống. Sử dụng chip ARM7TDMI-S LPC2114 (NXP Semiconductors)
Chú thích:
[1]: Tham khảo trang Wikipedia
[2]: Tham khảo luận văn nhóm KATA