【摘要】：無人船是一種小型的水面自主航行載體,早期的時候主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,能夠代替人類完成一些作戰(zhàn)任務(wù),比如維護海上和港口安全、反恐保護、反雷、反潛等。后來,逐漸廣泛應(yīng)用于各種民用領(lǐng)域,包括探南極冰架,檢查水下石油和天然氣管道,調(diào)查原油泄露的影響,深海攝影調(diào)查,維護海底設(shè)施,進行海洋學(xué)研究等。如今,電子技術(shù)和導(dǎo)航控制技術(shù)發(fā)展地非常迅速,逐漸解決了一些無人船工程和理論上的難題,無人船已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點,本文是設(shè)計一種完全自主、低成本、精度高的無人船用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,能夠增加環(huán)境監(jiān)測人員的安全系數(shù),還能使環(huán)境監(jiān)測部門及相關(guān)行業(yè)的工作效率得到顯著的提高。首先,本文根據(jù)水域測量領(lǐng)域的設(shè)計需求,提出了一個完整的系統(tǒng)方案,包括船載系統(tǒng)的設(shè)計和地面站系統(tǒng)的設(shè)計。詳細介紹了無人船船載系統(tǒng)的硬件模塊的設(shè)計,包括了如下模塊的選型：核心處理器模塊、姿態(tài)傳感器模塊和GPS接收機模塊等設(shè)備。無人船的軟件平臺選擇使用得到廣泛應(yīng)用的嵌入式Linux,本文所有的算法和程序都是基于這個平臺,使用c語言開發(fā)。其次,本文的一個研究重點是無人船導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計,為了獲得無人船的姿態(tài)信息,讀取姿態(tài)傳感器中加速度、角速度、磁力強度的大小,使用兩種方法來得出姿態(tài)信息,一種是使用基于歐拉角的離散卡爾曼濾波器算法,另一種是使用基于四元數(shù)的擴展卡爾曼濾波器算法,實驗結(jié)果表明第二種濾波算法效果更好,當(dāng)靜止的時候,收斂速度更快,并且可以方便地進行全姿態(tài)的測量。為了獲得無人船的實時速度還有位置信息,選擇從GPS接收機讀取衛(wèi)星發(fā)送過來的數(shù)據(jù),然后經(jīng)過解析得到。然后,介紹了無人船的通信系統(tǒng)的設(shè)計,通信方式使用Wi-Fi,地面站和無人船之間的傳輸層協(xié)議使用UDP協(xié)議,應(yīng)用層協(xié)議使用MAVLink協(xié)議。介紹了核心處理器和其它設(shè)備之間通信接口的實現(xiàn),即串口通信和12C通信在Linux平臺下的編程實現(xiàn)。最后,介紹了無人船整個船載系統(tǒng)的軟件設(shè)計,使用硬件抽象層、模塊層、配置層三層的軟件結(jié)構(gòu),然后劃分出不同的任務(wù)模塊,使用Linux多線程來實現(xiàn)不同任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行,著重介紹了通信任務(wù)、姿態(tài)任務(wù)、GPS任務(wù)、控制任務(wù)的實現(xiàn)。使用c#編寫了地面站軟件的測試版本,并進行了下水實驗,驗證了整個系統(tǒng)的可行性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U666.1

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本文編號：2562395