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dc.contributor.author王譽閎zh_TW
dc.contributor.author許祐瑜zh_TW
dc.contributor.author蔡禮安zh_TW
dc.date114學年度第二學期zh_TW
dc.date.accessioned2026-09-22T05:44:06Z-
dc.date.available2026-09-22T05:44:06Z-
dc.date.submitted2026-09-22-
dc.identifier.otherD1247502、D1247414、D1247754zh_TW
dc.identifier.urihttp://dspace.fcu.edu.tw/handle/2376/5199-
dc.description.abstract中文摘要 本研究針對無人機光通訊地面站之追蹤需求,設計一套結合超寬頻定位、資料運算、可程式邏輯控制器及雙軸伺服雲台之自動追蹤系統。系統透過五個 UWB 固定站量測移動站與各固定站之距離資訊,以最小平方法解算目標三維座標,再轉換為方位角、仰角與伺服控制脈衝,由 PLC 驅動雙軸雲台完成目標指向。 為驗證系統可行性,本研究進行 UWB 定位精度、角度計算、追蹤更新率及雲台指向誤差實驗。UWB 靜態定位測試之平均三維定位誤差為 16.19 cm,RMSE 為 19.10 cm,具備約 20 cm 等級之粗定位能力。目標方向計算之方位角平均絕對誤差為 1.217°,仰角平均絕對誤差為 5.332°。平均追蹤更新頻率為 0.637 Hz,約每 1.5 秒完成一次位置更新與控制命令輸出。雲台指向實驗取得 84 筆雷射光點量測資料,平均徑向指向誤差為 5.124 cm,RMSE 為 7.164 cm,約 79.8% 的量測資料維持於 3 cm 以內。 實驗結果顯示,本系統已完成 UWB 測距、三維座標解算、角度換算、PLC 通訊及雙軸雲台控制之完整流程整合,具備無人機自由空間光通訊之粗追蹤能力。zh_TW
dc.description.abstractAbstract This study develops an automatic tracking system for ground stations used in unmanned aerial vehicle (UAV) free-space optical communication applications. The proposed system integrates Ultra-Wideband (UWB) positioning, data processing, a Programmable Logic Controller (PLC), and a dual-axis servo gimbal. Distance information between a target and five UWB anchor nodes is obtained and processed using the least-squares method to estimate the three-dimensional coordinates of the target. The calculated coordinates are then converted into azimuth angles, elevation angles, and servo control pulses. Finally, the PLC drives the dual-axis gimbal to achieve automatic target pointing. To evaluate the feasibility of the proposed system, positioning accuracy, angle calculation accuracy, tracking update rate, and gimbal pointing performance are investigated. The results show that the system provides coarse positioning capability at approximately the 20 cm level and successfully performs target direction calculation and automatic tracking control. The gimbal pointing tests indicate that most measurement data remain within a small error range, demonstrating good tracking stability and repeatability. Overall, the developed system successfully integrates UWB ranging, three-dimensional coordinate estimation, angle conversion, control signal transmission, and dual-axis gimbal control, providing coarse tracking capability for UAV free-space optical communication ground stations.zh_TW
dc.description.tableofcontents目 次 中文摘要 1 Abstract 2 第一章 引言 6 1.1背景概述 6 1.2技術挑戰 7 1.3研究動機與目標 8 1.4報告架構 9 第二章 文獻探討與理論基礎 10 2.1光通訊地面站與PAT系統 10 2.2 UWB定位技術 11 2.3 PLC控制原理 11 2.4雙軸雲台與逆運動學 12 第三章 系統設計方法 14 3.1系統整體架構設計 14 3.2定位感測端 15 3.2.1 UWB固定站配置 16 3.2.2 UWB移動站設定 20 3.3資料運算端 21 3.3.1 座標系定義 21 3.3.2三維定位演算法 22 3.3.3旋轉角計算 25 3.3.3角度脈衝換算 27 3.4命令控制端 29 3.4.1伺服馬達控制策略 29 3.4.2 Modbus資料交換機制 30 3.4.3 PLC控制流程 31 3.4.4 Home點設計 31 3.4.5自動回歸起始點功能 32 3.5運動執行端 33 3.5.1雲台機構設計 33 3.5.2系統硬體組成 34 3.5.3 雲台指向範圍與機構限制 40 3.6 系統整體運作流程 41 第四章 實驗與結果分析 44 4.1 測試目的與評估項目 44 4.2 UWB 定位精度測試 44 4.2.1測試環境與位置部署 45 4.2.2 三維座標誤差分析 46 4.2.3 定位誤差分布 48 4.2.4 定位精度分析 52 4.2.5 UWB定位精度測試結果 53 4.3 目標方向計算驗證 54 4.3.1 測試條件與參考值建立 54 4.3.2 座標轉角度換算 55 4.3.3 角度誤差分析 57 4.3.4 角度轉脈衝驗證 60 4.3.5 脈衝誤差分析 62 4.3.6 目標方向計算驗證結果 64 4.4 系統追蹤更新率測試 65 4.4.1 更新週期量測方法 65 4.4.3 系統延遲來源分析 68 4.5 雲台指向誤差分析 70 4.5.1 雷射光點定位方法 70 4.5.2 水平與垂直偏移分析 71 4.5.3 指向誤差分布分析 73 4.5.4 雲台指向誤差分析結果 76 4.6 實驗結果總結 77 第五章 技術比較與應用價值分析 78 5.1無人機追蹤技術與比較框架 78 5.1.1常見追蹤技術 78 5.2本研究系與相關系統比較 79 5.2.1定位性能比較 79 5.2.2方向資訊與控制能力 80 5.3系統整合與成本分析 80 5.4 應用價值 81 5.5 綜合討論 81 第六章 結論與未來工作 83 6.1研究結論 83 6.2研究貢獻 83 6.3未來工作 84 參考文獻 86 附錄 原始報告補充資料 89 指導教授諮詢紀錄表 89 Gantt chart 114 群組反思與個人心得 115 1. 反思:專題是否都有符合六項「嘗試解決的問題必須具備的性質」。 116 2. 反思:專題符合六項「嘗試解決的問題必須具備的性質」之簡要例證。 116 經費與資源明細 123zh_TW
dc.format.extent124p.zh_TW
dc.language.isozhzh_TW
dc.rightsopenbrowsezh_TW
dc.subject可程式邏輯控制器zh_TW
dc.subject自由空間光通訊zh_TW
dc.subject粗追蹤系統zh_TW
dc.subject超寬頻定位zh_TW
dc.subject雙軸雲台zh_TW
dc.subjectCoarse Tracking Systemzh_TW
dc.subjectDual-Axis Gimbalzh_TW
dc.subjectFree-Space Optical Communication (FSO)zh_TW
dc.subjectProgrammable Logic Controller (PLC)zh_TW
dc.subjectUltra-Wideband Positioning (UWB)zh_TW
dc.title用於無人機載具之光通訊地面系統設計與整合測試zh_TW
dc.title.alternativeDesign and Integration Testing of a Ground System for UAV Optical Communicationzh_TW
dc.typeUndergraReportzh_TW
dc.description.course專題實作(二)zh_TW
dc.contributor.department機械與電腦輔助工程學系, 工程與科學學院zh_TW
dc.description.instructor林, 玉堃-
dc.description.programme機械與電腦輔助工程學系, 工程與科學學院zh_TW
分類:工科114學年度

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