發(fā)布時間：2017-08-19 15:38

  本文關鍵詞：基于慣性傳感器的GPS盲區(qū)軌跡追蹤系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著科學技術的不斷發(fā)展，交通智能化是未來發(fā)展的重要趨勢。智能交通能提供的重要功能之一在于對車輛的精確定位。目前，對車輛的精確定位方法主要依靠GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。然而GPS信號在隧道、高架橋、地下室等建筑物的遮擋下非常微弱，因此慣性自主導航定位方法的研究必不可少，也成為現(xiàn)今的一個研究熱點。為解決GPS盲區(qū)車載定位不準確的問題，本文系統(tǒng)運用融合里程計與航向角數(shù)據(jù)的方法，搭建了一套自主定位的小車軌跡追蹤系統(tǒng)。 本文系統(tǒng)硬件采用了集加速度傳感器與陀螺儀于一體的MPU6050作為小車的慣導平臺。系統(tǒng)中加速度傳感器用于辨別小車當前運動姿態(tài)是前進還是后退；陀螺儀用來測量小車前進航向角；同時采用了快速響應的U型光電傳感器來測量小車行駛距離。系統(tǒng)在單位時間內采集上述各傳感器的測量值并對數(shù)據(jù)進行融合之后傳送至上位機，上位機對接收到的數(shù)據(jù)進行擴展卡爾曼濾波并繪制成運動軌跡圖。在完成系統(tǒng)硬件平臺搭建與軟件算法設計之后，以大量實際測試驗證了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。系統(tǒng)小車運動距離為20米時的誤差在0.25米至0.35米之間。該系統(tǒng)相比于無線傳感網定位，無需布置大量已知坐標的結點，對使用環(huán)境沒有要求，并且精度高、成本低、適合推廣。 從本文系統(tǒng)的實際測試結果中可以看出，利用慣性傳感器與里程計相結合的設計方式，能夠實現(xiàn)短時間GPS信號丟失之后延續(xù)對車載的定位，，為今后對車載GPS盲區(qū)導航、室內巡航機器人定位的研究提供了很好的借鑒。
【關鍵詞】：定位系統(tǒng) 慣性傳感器 里程計 MPU6050 光電傳感器
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U495;P228.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 專用術語注釋表8-9
• 第一章 緒論9-12
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 慣導定位系統(tǒng)國內外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文研究內容與章節(jié)安排11-12
• 第二章 慣性導航系統(tǒng)原理與組成12-20
• 2.1 慣性導航系統(tǒng)及其分類12-17
• 2.1.1 慣性導航原理12-13
• 2.1.2 歐拉角與四元素13-15
• 2.1.3 慣性系統(tǒng)的分類15-17
• 2.2 慣性傳感器工作原理17-19
• 2.2.1 MEMS 加速度傳感器原理17
• 2.2.2 MEMS 微機械陀螺17-19
• 2.3 本章小結19-20
• 第三章 軌跡追蹤系統(tǒng)硬件設計20-35
• 3.1 系統(tǒng)架構設計20-21
• 3.1.1 系統(tǒng)整體架構20
• 3.1.2 慣性平臺模塊結構20-21
• 3.1.3 光電傳感器模塊結構21
• 3.1.4 中央微控制器21
• 3.2 系統(tǒng)主要器件選型與分析21-31
• 3.2.1 慣性傳感器的選型與原理21-26
• 3.2.2 光電傳感器的選型與原理26-28
• 3.2.3 碼盤的選型28-29
• 3.2.4 微控制器的選型與特性29-31
• 3.3 系統(tǒng)模塊間的通信接口31-34
• 3.3.1 I2C總線接口31-34
• 3.3.2 串口通信34
• 3.4 本章小結34-35
• 第四章 系統(tǒng)軟件設計35-47
• 4.1 系統(tǒng)坐標推算原理與誤差分析35-37
• 4.1.1 坐標更新算法原理35-36
• 4.1.2 算法誤差分析與解決方案36-37
• 4.2 慣導平臺軟件設計37-42
• 4.2.1 軟件平臺簡介37
• 4.2.2 軟件流程37-42
• 4.3 濾波器設計42-46
• 4.3.1 擴展卡爾曼濾波簡介43
• 4.3.2 基于前一狀態(tài)的擴展卡爾曼濾波器設計43-46
• 4.4 本章小結46-47
• 第五章 系統(tǒng)實驗與調試47-60
• 5.1 實驗小車硬件平臺47
• 5.2 傳感器測量精度分析47-50
• 5.2.1 航向角測量精度47-49
• 5.2.2 里程計測量精度49-50
• 5.3 小車軌跡追蹤系統(tǒng)實際測試50-58
• 5.3.1 擴展 Kalman 濾波軌跡修正50-53
• 5.3.2 抑制航向角的漂移53-55
• 5.3.3 系統(tǒng)實際測試與誤差分析55-57
• 5.3.4 系統(tǒng)的應用推測57-58
• 5.4 本章小結58-60
• 第六章 總結與展望60-62
• 參考文獻62-64
• 附錄1 程序清單64-65
• 附錄2 攻讀碩士學位期間撰寫的論文65-66
• 致謝66

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本文編號：701552