本文關(guān)鍵詞：無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)與整體仿真實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 慣性導(dǎo)航 組合導(dǎo)航 聯(lián)邦濾波 模式選擇 仿真實(shí)現(xiàn)

【摘要】：近年來,無人機(jī)被應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域中,應(yīng)用的環(huán)境也變得復(fù)雜多變,這迫使無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)持續(xù)快速發(fā)展,傳統(tǒng)的慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航模式由于衛(wèi)星信號容易被遮擋,而不能總是滿足無人機(jī)在導(dǎo)航的過程中對準(zhǔn)確性和靈活性的需求。隨著數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的飛速進(jìn)步,視覺作為一種新的導(dǎo)航方式逐漸成為了導(dǎo)航領(lǐng)域的寵兒,作為無人機(jī)導(dǎo)航過程中的輔助系統(tǒng),輔助慣性系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)完成導(dǎo)航任務(wù),使得導(dǎo)航過程中系統(tǒng)的高效性、容錯(cuò)性與魯棒性顯著增強(qiáng)。本文面向無人機(jī)在導(dǎo)航過程中的實(shí)際工程需求,設(shè)計(jì)簡單、高效的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航算法、以及慣性/衛(wèi)星和慣性/視覺的組合導(dǎo)航算法,并在此基礎(chǔ)上基于聯(lián)邦濾波設(shè)計(jì)了慣性/衛(wèi)星/視覺組合導(dǎo)航算法。通過一組實(shí)測數(shù)據(jù)對設(shè)計(jì)的捷聯(lián)慣導(dǎo)算法和慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航算法做實(shí)測分析來驗(yàn)證算法的可行性和高效性,同時(shí)通過一組仿真軌跡對慣性/衛(wèi)星、慣性/視覺和慣性/衛(wèi)星/視覺三種不同的組合導(dǎo)航算法做了仿真分析,并根據(jù)仿真結(jié)果曲線對三種組合導(dǎo)航算法的性能作對比分析,找到各自的優(yōu)缺點(diǎn),為實(shí)際的工程實(shí)踐提供參考。最后規(guī)劃仿真軌跡,設(shè)計(jì)導(dǎo)航組合模式選擇方案,并以VC為開發(fā)環(huán)境,融合MATLAB對無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn),同時(shí)調(diào)用OpenGL庫對導(dǎo)航結(jié)果整體演示。本文設(shè)計(jì)無人機(jī)組合導(dǎo)航算法并進(jìn)行整體仿真實(shí)現(xiàn)的目的有兩方面,一方面是為無人機(jī)的導(dǎo)航過程設(shè)計(jì)面向工程實(shí)踐的簡單、高效并且容錯(cuò)性較高的三種組合導(dǎo)航算法,供其進(jìn)行選擇和應(yīng)用。另一方面為無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和更高水平導(dǎo)航算法的開發(fā)提供仿真測試與驗(yàn)證的平臺(tái),以減少設(shè)計(jì)的成本和工作時(shí)間。
【關(guān)鍵詞】：慣性導(dǎo)航 組合導(dǎo)航 聯(lián)邦濾波 模式選擇 仿真實(shí)現(xiàn)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.328
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 慣性/視覺組合導(dǎo)航研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 慣性/衛(wèi)星/視覺組合導(dǎo)航研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容13-15
• 第2章 組合導(dǎo)航基本理論15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 慣性導(dǎo)航基本原理與誤差分析15-20
• 2.2.1 常用坐標(biāo)系簡介15-16
• 2.2.2 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航基本原理16-17
• 2.2.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差分析17-20
• 2.3 衛(wèi)星導(dǎo)航基本原理與誤差分析20-21
• 2.3.1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理20
• 2.3.2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)誤差分析20-21
• 2.4 視覺導(dǎo)航基本原理與誤差分析21-22
• 2.4.1 視覺導(dǎo)航系統(tǒng)基本原理21-22
• 2.4.2 視覺導(dǎo)航系統(tǒng)誤差分析22
• 2.5 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的濾波方法22-27
• 2.5.1 卡爾曼濾波基本理論22-24
• 2.5.2 聯(lián)邦濾波基本理論24-27
• 2.6 無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)27-28
• 2.7 本章小結(jié)28-29
• 第3章 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航算法設(shè)計(jì)與分析29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航算法設(shè)計(jì)29-33
• 3.2.1 姿態(tài)解算29-31
• 3.2.2 速度更新31-32
• 3.2.3 位置更新32
• 3.2.4 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航算法設(shè)計(jì)流程32-33
• 3.3 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航算法的仿真分析33-36
• 3.4 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)處理與分析36-46
• 3.4.1 實(shí)測數(shù)據(jù)的測試狀態(tài)與預(yù)處理36-42
• 3.4.2 靜態(tài)條件下慣導(dǎo)算法的實(shí)測分析42-44
• 3.4.3 全過程下慣導(dǎo)算法的實(shí)測分析44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)與分析47-73
• 4.1 引言47
• 4.2 慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)與分析47-62
• 4.2.1 組合導(dǎo)航的組合模式47-48
• 4.2.2 組合導(dǎo)航的狀態(tài)方程48-50
• 4.2.3 組合導(dǎo)航的量測方程50-51
• 4.2.4 組合導(dǎo)航的濾波修正方式51-52
• 4.2.5 靜態(tài)條件下系統(tǒng)的仿真分析52-56
• 4.2.6 實(shí)測數(shù)據(jù)靜態(tài)條件下系統(tǒng)的測試與分析56-60
• 4.2.7 實(shí)測數(shù)據(jù)全過程下系統(tǒng)的測試與分析60-62
• 4.3 慣性/視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)與分析62-67
• 4.3.1 組合導(dǎo)航的組合模式62
• 4.3.2 視覺坐標(biāo)系下的慣導(dǎo)輸出解算62-64
• 4.3.3 組合導(dǎo)航的量測方程64-65
• 4.3.4 靜態(tài)條件下系統(tǒng)的仿真分析65-67
• 4.4 慣性/衛(wèi)星/視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)與分析67-72
• 4.4.1 組合導(dǎo)航的組合模式67-68
• 4.4.2 組合導(dǎo)航的數(shù)學(xué)模型68-69
• 4.4.3 靜態(tài)條件下系統(tǒng)的仿真分析69-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第5章 無人機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)整體仿真實(shí)現(xiàn)73-91
• 5.1 引言73
• 5.2 系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)的方案設(shè)計(jì)73-76
• 5.2.1 VC與MATALB的混合編程73-74
• 5.2.2 系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)方案74-76
• 5.3 飛行軌跡的規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)76-80
• 5.3.1 運(yùn)行狀態(tài)規(guī)劃76-77
• 5.3.2 速度、位置規(guī)劃77-78
• 5.3.3 姿態(tài)規(guī)劃78
• 5.3.4 軌跡規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)78-80
• 5.4 系統(tǒng)子模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)80-85
• 5.4.1 陀螺儀模塊80-81
• 5.4.2 加速度計(jì)模塊81-82
• 5.4.3 模擬衛(wèi)星導(dǎo)航模塊82-83
• 5.4.4 模擬視覺導(dǎo)航模塊83-85
• 5.5 組合模式選擇模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)85-86
• 5.6 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出演示86-90
• 5.7 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 致謝96

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本文編號：608404