自主飞行软件架构设计

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自主飞行软件概述

定义、发展历程、核心挑战与未来趋势。

系统架构基础

分层架构、模块化设计、实时操作系统(RTOS)选型。

传感器融合架构

IMU、GPS、视觉、激光雷达的数据融合策略与框架设计。

多传感器融合

状态估计模块

卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、粒子滤波在飞控中的实现架构。

控制律架构

PID控制、LQR控制、模型预测控制(MPC)的软件分层设计。

路径规划模块

全局路径规划(A*、RRT)与局部路径规划(DWA、TEB)的架构整合。

任务管理层

任务状态机、飞行模式切换、应急处理逻辑的架构设计。

状态机应急

通信中间件

MAVLink协议、ROS 2通信框架、DDS在无人机系统中的应用。

硬件抽象层(HAL)

传感器驱动、执行器驱动、硬件定时器的统一接口设计。

安全与冗余架构

软件看门狗、心跳检测、异构冗余、故障注入测试。

仿真环境架构

基于Gazebo、PX4 SITL、AirSim的软件在环(SIL)仿真设计。

数据记录与回放

黑匣子设计、日志系统架构、基于ROS bag的数据回放。

参数管理系统

动态参数配置、参数同步、持久化存储的架构设计。

参数持久化

模块间通信机制

发布-订阅模式、请求-响应模式、共享内存的高效实现。

通信共享内存

实时性保障

任务优先级调度、时间触发架构、最坏情况执行时间(WCET)分析。

软件更新与OTA

引导加载程序(Bootloader)设计、差分升级、回滚机制。

地面站软件架构

QGroundControl架构分析、自定义地面站开发框架。

编队飞行架构

主从模式、虚拟结构法、一致性理论的软件实现。

编队一致性

视觉惯性里程计(VIO)架构

VINS-Mono、ORB-SLAM3的软件集成设计。

深度学习部署架构

TensorRT、ONNX Runtime在机载计算机上的部署框架。

避障系统架构

立体视觉避障、激光雷达避障、超声波避障的软件融合。

精准降落架构

RTK GPS、视觉标签、UWB定位的软件架构设计。

链路预算与通信架构

数传、图传、遥控信号的软件管理与切换。

电源管理架构

电池状态监测、低电量策略、智能充电的软件设计。

故障诊断与自愈

异常检测、故障隔离、系统重构的软件架构。

软件测试架构

单元测试、集成测试、硬件在环(HIL)测试框架设计。

代码规范与版本管理

MISRA C规范、Git Flow、CI/CD流水线设计。

多旋翼飞控架构

Pixhawk/ArduPilot的软件架构深度解析。

固定翼飞控架构

固定翼控制律、增稳系统、自动着陆的软件设计。

固定翼着陆

垂直起降(VTOL)飞控架构

过渡阶段控制、倾转旋翼机构的软件逻辑。