摘 要

随着技术的发展，在测绘工作中，无人机发挥着越来越重要的作用，它能够为各种行业的测绘工作提供正射影像图，以作为作工作底图辅助后续的测绘绘图，这就大大降低了测绘人员繁重的野外测绘工作的工作量。另外，在现阶段的农业生产中，农业植保的工作越来越重要，在很大程度上回关系到农业生产的效率和质量。由于农田面积的广阔，以及在一些特殊地形中，如丘陵山区、湿地、沼泽等环境中，农业植保的测绘工作很难顺利展开，需要耗费大量的人力物力，因此将无人机应用到农业植保的测绘工作中，便是未来农业植保发展的大趋势所在。

机械化植保体系无人机在欧美等发达国家已经有了非常广泛的应用，近些年来，我国通过技术的引进和研发，也开始试验推广农业植保无人驾驶低空直升飞机加盟农机行业，大大提升了农业植保测绘的相关工作的工作效率。同时，鉴于在感知热辐射的过程中，红外温度传感器的效果非常好，并且具有成本低、重量轻以及体积小等优势。基于此，本文将重点探讨设计基于红外传感原理的无人机定高系统；该系统以新型的ARM CortexM3内核微处理器STM32F103ZET6作为处理单元，通过采集红外传感器的姿态信息，进行姿态解算，进而获得无人机的姿态角；同时分析了太阳干扰对实验的影响。实验测试表明:该姿态测量系统简单实用，性能稳定，精度高，能有效满足一般无人机姿态测量的要求。希望本文的论述希望对推动无人机测绘在未来农业植保中的应用能够有一定的帮助作用。

关键词：无人机；红外温度传感器；高度测量；姿态角

Unmanned aerial vehicle height measurement system based on infrared sensing principle

Abstract: With the development of technology, unmanned aerial vehicles (UAVs) play an increasingly important role in mapping work. It can provide orthographic images for various industries. As a working map, Drawing, which greatly reduces the heavy workload of surveying and mapping workers in the field of mapping work. In addition, at this stage of agricultural production, agricultural plant protection work is increasingly important, to a large extent related to the efficiency and quality of agricultural production. Due to the wide area of ​​farmland, and in some special terrain, such as hilly and mountainous areas, wetlands, swamps and other environments, agricultural plant protection mapping work is difficult to successfully start, need to spend a lot of manpower and resources, so the UAV applied to agricultural plant protection Of the mapping work, is the future development trend of agricultural plant protection. Mechanized plant protection system UAV in Europe and the United States and other developed countries have a very wide range of applications, in recent years, I have through the introduction of technology and research and development, but also began to test the promotion of agricultural planted unmanned low-altitude helicopter joined the agricultural industry, greatly To enhance the agricultural plant protection surveying the work of the relevant work efficiency. In addition, in view of the perception of thermal radiation in the process, the infrared temperature sensor effect is very good, but also has low cost, light weight and small size and other advantages. Based on the above background and theory, this paper designs a UAV attitude measurement system based on the infrared sensing principle. The system uses the new ARM CortexM3 core microprocessor STM32F103ZET6 as the processing unit, and the attitude of the infrared sensor Information, attitude analysis, and then get the attitude angle of the UAV; at the same time analyzed the impact of solar interference on the experiment. Experimental results show that the attitude measurement system is simple and practical, stable performance and high precision, which can effectively meet the requirements of general UAV attitude measurement. It is hoped that the discussion of this paper will be helpful to promote the application of UAV mapping in future agricultural plant protection.

Key words：UAV；IInfrared temperature sensor；Attitude angle

目 录

1 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外农业植保无人机测绘应用的研究现状 1

1.3 论文的研究内容 3

1.4 研究的目的和意义 3

第2章 农业植保测绘工程中的无人机技术 4

2.1无人机类型的分析 4

2.1.1无人机类型介绍 4

2.1.2选择性分析 4

2.2无人机农业植保测绘的主要技术分析 5

2.3 我国无人机在农业植保测绘发展中存在的问题 6

2.3.1 无人作为农机具的地位还未明确 6

2.3.2农用航空飞机数量较少，人才缺乏 6

2.3.3农用航空植保摄像设备与控制技术落后 6

2.3.4航空植保对环境和生态的影响缺少跟踪监测 7

2.4 无人机高度测量技术（现状） 7

2.5小结 7

第3章 无人机高度测量系统设计与机载实验 8

3.1硬件设计 8

3.2红外传感器设计 9

3.2.1MLX90247型红外线温度传感器 9

3.2.2红外传感器设计 9

3.2.3姿态角解算 11

3.3机载实验 12

3.4 运行效果 13

3.5 小结 15

第4章 结论与展望 16

4.1结论 16

4.2无人飞机在农业植保测绘中推广应用的建议 16

参考文献 18

致谢 19

第1章 绪论

1.1 选题背景

现阶段，利用航天技术对国家的空间信息进行及时获取已经成为国民经济发展建设的重要保障。随着时代进步经济发展，提高测绘工作效率，及时掌握各种地理地形信息，是一些相关行业发展所要重点关注的工作。对于农业发展来将，由于覆盖面积非常广，同时还有一些复杂特殊地形的农业生产，都需要及时掌握生产区域的地理信息，而这个时候人工的测绘工作很难高效展开，因此一些航空航天设备来担负起相应的测绘工作，并且能够将相应工作高效完成。但是由于卫星遥感受运行周期和轨道的限制，无法对相关信息进行全面及时的掌握，同时载人飞机也无法在复杂换下执行工作，因此，在这种情况下，无人机便有了最为广泛的用武之地。

无人机在执行农业植保测绘工作有着很多优势。首先，无人机在农业植保测绘中作业方式快速灵活，基本上不受地面状况和天气条件的影响；其次，构建无人机自身平台以及维护其搭载的航摄器材的费用比较低；其次，由于无人机能够在较低空域飞行，因此所拍摄的图像就能够有较高的分辨率，非常方便获取小范围的影像信息；其次，无人机航摄图像可根据实际需求设置影像的重叠度，这样对后续的图像处理非常有利，保证了可靠性。最后，无人机执行作业时，专场快、携带方便，并且不需要申请空域。因此，农业植保中使用小型无人机进行测绘工作也成为各国研究的重点课题，并且在实际中的运用也越来越普遍。

1.2 国内外农业植保无人机测绘应用的研究现状

农业航空植保的发展最早是德国在1911年开始提出的，当时是用于喷洒农药森林除害，1949年美国研制出农用飞机，执行相关的农业植保工作。随着后续的发展，农业航空的工作领域便不再仅仅限于喷洒农业除虫害的作业，开始涉及到了测绘检测工作，搭载相应的航摄装备，对大面积农田和复杂地形的地貌进行测绘。随着飞行器和航摄装置的优化更新，农业植保中的航天测绘工作也得到了进一步的发展。日本在1987年最先研制成功农用无人直升机，现已成为世界上农用无人覆盖率最高的国家，并且广泛用于农业生产的各个方面。相对来讲，美国是在农业植保中无人机测绘的发展是最全面的，具有先进的技术支持研究机构、先进严密的管理以及较为完善的技术标准体系。