發(fā)布時間：2020-05-17 14:54

【摘要】：目前隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,無人機(jī)自主導(dǎo)航技術(shù)開始逐漸地被應(yīng)用到社會各行各業(yè)中,為其提供安全、便捷、智能、環(huán)保等高性能科技服務(wù),使人們的生活和社會的生產(chǎn)變得越來越方便和高效。無人機(jī)自主導(dǎo)航技術(shù)的研究和發(fā)展將會不斷推動著社會科學(xué)技術(shù)的革新,對未來的發(fā)展具有重大意義。本課題與現(xiàn)今絕大多數(shù)采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和無線電操控的無人機(jī)自主導(dǎo)航不同,是以具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)作為無人機(jī)定位系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)了穩(wěn)定高效的先進(jìn)慣導(dǎo)算法和先驗(yàn)全局信息下的路徑規(guī)劃算法,使得無人機(jī)能精準(zhǔn)的完成自主導(dǎo)航任務(wù),此外還制作了監(jiān)控軟件,可以實(shí)時監(jiān)測無人機(jī)的飛行狀態(tài)、導(dǎo)航信息和繪制飛行軌跡等。本文研究的核心內(nèi)容及成果如下:(1)本文研究了RTK技術(shù)原理及其雙差定位模型,介紹了周跳的修復(fù)與探測和求解整周模糊度的核心技術(shù),還研究了VRS虛擬參考站工作原理和流程,對虛擬觀測值的計(jì)算和雙差模型的建立做了理論公式推導(dǎo)。對網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)軟件開發(fā),將網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用到了無人機(jī)的北斗定位上,提高了無人機(jī)自主導(dǎo)航的定位精度。(2)本文詳細(xì)研究了基于互補(bǔ)濾波的無人機(jī)姿態(tài)解算方法,包括巴特沃斯低通濾波技術(shù)、加速度計(jì)陀螺儀互補(bǔ)濾波技術(shù)、龍格庫塔求解四元數(shù)微分方法等,通過仿真驗(yàn)證了巴特沃斯濾波和互補(bǔ)濾波的實(shí)用性。在姿態(tài)解算的基礎(chǔ)上研究了無人機(jī)帶觀測器延時修正的豎直三階互補(bǔ)慣導(dǎo)算法和水平雙觀測量卡爾曼濾波慣導(dǎo)算法,并仿真驗(yàn)證了慣導(dǎo)算法的實(shí)用性。在慣導(dǎo)基礎(chǔ)上研究了Dubins-A*組合的PRM路徑規(guī)劃算法并仿真驗(yàn)證了算法的可行性,使無人機(jī)在一定情況下能實(shí)現(xiàn)避障并按最優(yōu)路徑完成導(dǎo)航任務(wù)。(3)本文研究了C#WPF的開發(fā)環(huán)境并設(shè)計(jì)開發(fā)了無人機(jī)監(jiān)控軟件,詳細(xì)研究了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信、自主導(dǎo)航相關(guān)的WPF控件布局設(shè)計(jì)、第三方API地圖嵌入設(shè)計(jì)等技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航通信系統(tǒng)與監(jiān)控軟件的遠(yuǎn)程雙向通信,包括監(jiān)控軟件對無人機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航任務(wù)的發(fā)布和監(jiān)控軟件實(shí)時顯示無人機(jī)的導(dǎo)航位置及運(yùn)動軌跡。(4)本文在理論研究的基礎(chǔ)上對基于北斗的無人機(jī)高精度自主導(dǎo)航與監(jiān)控技術(shù)做了系統(tǒng)性的軟件設(shè)計(jì)和開發(fā),在自制監(jiān)控上位機(jī)、自制遠(yuǎn)程導(dǎo)航通信系統(tǒng)和無名飛控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭建無人機(jī)綜合試驗(yàn)平臺,完成了無人機(jī)北斗高精度定位、無人機(jī)自主導(dǎo)航慣導(dǎo)算法、無人機(jī)自主導(dǎo)航路徑規(guī)劃算法的軟件設(shè)計(jì),成功進(jìn)行了本技術(shù)研究的綜合試驗(yàn)。
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文些傳感器組件并進(jìn)行編程后可使其半自主飛行。消費(fèi)級四旋翼AR.Dron（e如下圖1.1右）在 2010 年由法國 Parrot 公司發(fā)布，，自此消費(fèi)無人機(jī)的大門被開啟，它擁有光流技術(shù)、可以一鍵起飛、可以近距離 APP 操控等，在當(dāng)時是非常時髦并先進(jìn)的技術(shù)。此外，AR.Drone 還開放了 API 接口，供科研人員開發(fā)應(yīng)用。

放了 API 接口，供科研人員開發(fā)應(yīng)用。圖 1.1 Draganflyer 和 Mikrokopter 四旋翼無人機(jī).Drone 的設(shè)計(jì)，也促使很多國內(nèi)外的無人機(jī)或自駕儀研發(fā)公時代和新潮流，2012 年大疆創(chuàng)新公司就利用 AR.Drone 的設(shè)出小精靈 Phantom 一體機(jī)（如圖 1.2 所示），并逐漸開始占翼無人機(jī)從此開始受到全世界人們的廣泛關(guān)注。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249.3

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本文編號：2668733