無衛(wèi)星信號條件下的多傳感器的定位定向問題逐漸成為近些年來的研究熱點。隨著微機械技術(shù)的發(fā)展,MEMS-IMU在性能提高的同時,體積、成本也在不斷降低,因此得到了廣泛的應(yīng)用。磁傳感器可以根據(jù)地磁場自身的特性有效確定航向角,但卻有易受電磁干擾的缺陷之處。單目相機可獲得豐富的圖像信息,但卻存在著尺度不確定的缺陷。本課題使用MEMS-IMU、磁傳感器、單目相機這三種傳感器設(shè)計組合導(dǎo)航系統(tǒng),實現(xiàn)在無衛(wèi)星信號下的室內(nèi)外環(huán)境的導(dǎo)航任務(wù)。本文主要的研究內(nèi)容如下:對系統(tǒng)所涉及的坐標系進行了明確定義,介紹了本課題用到的坐標系以及三種姿態(tài)表示方法,進行優(yōu)缺點分析;建立了IMU的測量模型和單目相機的針孔模型;給出了導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計的整體方案�；谔荻认陆捣ㄔO(shè)計了一種IMU和磁傳感器的姿態(tài)融合算法,有效的解決了單獨使用陀螺儀進行姿態(tài)更新時精度不高及長時間工作的發(fā)散問題;針對運動加速度對姿態(tài)融合算法解算精度的影響,設(shè)計了兩種自適應(yīng)算法。基于滑動窗口優(yōu)化的方法對組合導(dǎo)航算法進行設(shè)計。在系統(tǒng)前端使用了Harris角點檢測+LK光流法進行圖像處理;使用純視覺SFM的方式進行視覺初始化,通過預(yù)積分的方式進行IMU初始化,通過對... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

導(dǎo)航技

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-13-圖2-5(1)STIM300微慣性測量單元但單獨使用時誤差會逐漸累積使導(dǎo)航定位精度較低，長時間測量后誤差很大，因此減小姿態(tài)解算誤差是提高精度的關(guān)鍵。通常在慣性導(dǎo)航姿態(tài)更新中采用陀螺儀的輸出信息，但較低精度的陀螺儀，其積分結(jié)果誤差很大，因此考慮用加速度計和磁傳感器修正用陀螺儀輸出更新姿態(tài)時的誤差。本課題選用型號為HMR2300的磁傳感器，如圖2-6所示：圖2-6HMR2300磁傳感器但由于環(huán)境中可能存在較多的磁場干擾，無周邊磁場建模的情況下測得的磁場數(shù)據(jù)精度較低�？梢约訖�(quán)利用不同傳感器的信息，將加速度計、磁傳感器和陀螺儀的輸出進行姿態(tài)融合。在工作環(huán)境允許的情形下，如類似于室內(nèi)的足夠亮度且無遮擋的場地中，引入單目相機與IMU融合進行工作可以增進導(dǎo)航的精度。一方面，相機提供了豐富的環(huán)境信息，可構(gòu)建三維模型、運動恢復(fù)和識別已訪問的地點；另一方面，IMU提供了自身運動狀態(tài)信息，可以恢復(fù)單目視覺的尺度信息，估計重力方向，提供可視的絕對俯仰和滾動信息。二者的互補性使得它們?nèi)诤虾罂色@得更高精度和更好的系統(tǒng)魯棒性。本課題采用小覓雙目攝像頭標準版進行融合算法測試，該設(shè)備包括兩個視覺單目相機和一個六軸IMU組成，如圖2-7所示：圖2-7小覓相機圖片

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-13-圖2-5(1)STIM300微慣性測量單元但單獨使用時誤差會逐漸累積使導(dǎo)航定位精度較低，長時間測量后誤差很大，因此減小姿態(tài)解算誤差是提高精度的關(guān)鍵。通常在慣性導(dǎo)航姿態(tài)更新中采用陀螺儀的輸出信息，但較低精度的陀螺儀，其積分結(jié)果誤差很大，因此考慮用加速度計和磁傳感器修正用陀螺儀輸出更新姿態(tài)時的誤差。本課題選用型號為HMR2300的磁傳感器，如圖2-6所示：圖2-6HMR2300磁傳感器但由于環(huán)境中可能存在較多的磁場干擾，無周邊磁場建模的情況下測得的磁場數(shù)據(jù)精度較低�？梢约訖�(quán)利用不同傳感器的信息，將加速度計、磁傳感器和陀螺儀的輸出進行姿態(tài)融合。在工作環(huán)境允許的情形下，如類似于室內(nèi)的足夠亮度且無遮擋的場地中，引入單目相機與IMU融合進行工作可以增進導(dǎo)航的精度。一方面，相機提供了豐富的環(huán)境信息，可構(gòu)建三維模型、運動恢復(fù)和識別已訪問的地點；另一方面，IMU提供了自身運動狀態(tài)信息，可以恢復(fù)單目視覺的尺度信息，估計重力方向，提供可視的絕對俯仰和滾動信息。二者的互補性使得它們?nèi)诤虾罂色@得更高精度和更好的系統(tǒng)魯棒性。本課題采用小覓雙目攝像頭標準版進行融合算法測試，該設(shè)備包括兩個視覺單目相機和一個六軸IMU組成，如圖2-7所示：圖2-7小覓相機圖片

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于地磁導(dǎo)航的磁空間模擬技術(shù)研究[J]. 宋新昌,王曉峰.  艦船電子工程. 2019(03)
[2]基于梯度下降的自適應(yīng)姿態(tài)融合算法[J]. 陳卓,任久春,朱謙.  傳感器與微系統(tǒng). 2019(03)
[3]基于自適應(yīng)加權(quán)算法的WLAN/MARG/GPS組合定位系統(tǒng)[J]. 劉興川,吳振鋒,林孝康.  清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(07)
[4]水下地磁/慣性組合導(dǎo)航試驗分析[J]. 穆華,吳志添,吳美平.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2013(03)
[5]地磁場資源在匹配制導(dǎo)中的應(yīng)用研究[J]. 李素敏,張萬清.  制導(dǎo)與引信. 2004(03)

碩士論文
[1]風(fēng)管機器人同時定位與地圖創(chuàng)建方法研究[D]. 賀博.湖南大學(xué) 2016
[2]坐標轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 李岳.中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2010



本文編號：3244432