發(fā)布時間：2017-06-14 09:01

  本文關鍵詞：視覺慣性及衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,低成本微機械慣性導航系統(tǒng)在消費電子領域,特別是在旋翼式飛行器、相機穩(wěn)定平臺、虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實設備中得到了越來越廣泛的應用。為了滿足市場需求,實現(xiàn)低成本微機械陀螺儀的批量化生產(chǎn),現(xiàn)階段市場中微機械慣性器件的主要材料為硅。但硅基微機械慣性器件的輸出噪聲大,零偏易受環(huán)境溫度影響,故而由其構(gòu)成的導航系統(tǒng)僅能提供姿態(tài)信息,無法給出定位測速信息。衛(wèi)星導航系統(tǒng)與單目視覺導航系統(tǒng)則分別能在室外與室內(nèi)完成定位測速任務,但受導航系統(tǒng)尺寸等因素限制,無法進行姿態(tài)測量。本文以低成本微機械慣性、衛(wèi)星及視覺導航系統(tǒng)為基礎,設計組合導航算法,實現(xiàn)室內(nèi)及室外環(huán)境的組合導航系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容和取得的成果概述如下:1.建立姿態(tài)估計系統(tǒng)坐標系,推導坐標變換關系;推導微機械慣性器件輸出模型,并結(jié)合該模型給出利用三軸轉(zhuǎn)臺進行標度因數(shù)、零偏以及安裝誤差矩陣的標定方法;結(jié)合離散擴展卡爾曼濾波器原理,以姿態(tài)四元數(shù)為狀態(tài)變量,姿態(tài)角為觀測值設計姿態(tài)估計算法;設計并完成微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定位系統(tǒng)硬件及軟件,并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。2.建立單目視覺定位系統(tǒng)坐標系,推導坐標變換關系;推導相機模型并給出標定方法;結(jié)合OpenCV及ArUco,給出平面編碼標識物的識別和校驗方法;設計相機位置、姿態(tài)估計算法,結(jié)合實際硬件完成視覺定位系統(tǒng),并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。3.根據(jù)低成本導航系統(tǒng)特性,提出統(tǒng)一組合導航濾波器模型,并以該模型為基礎,設計實現(xiàn)了微機械慣性衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)、微機械慣性視覺組合導航系統(tǒng)和微機械慣性衛(wèi)星視覺組合導航系統(tǒng),并分別對各系統(tǒng)進行了靜態(tài)或動態(tài)測試。4.根據(jù)微機械慣性傳感器輸出模型,結(jié)合相應姿態(tài)估計算法,實現(xiàn)硬件仿真系統(tǒng);利用微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定位系統(tǒng)和視覺定位系統(tǒng),在所設計的實驗方法指導下,采集原始數(shù)據(jù),并根據(jù)設計完成的組合導航算法,利用計算機進行數(shù)據(jù)處理,分析算法性能。
【關鍵詞】：微機械慣性傳感器 視覺導航 衛(wèi)星導航 組合導航 卡爾曼濾波
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN967.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 微機械慣性器件11-13
• 1.2.2 視覺導航13-14
• 1.2.3 多信息組合導航14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-18
• 第2章 微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定位系統(tǒng)18-38
• 2.1 引言18
• 2.2 坐標系定義及坐標變換關系18-21
• 2.2.1 坐標系定義18-19
• 2.2.2 坐標變換關系19-21
• 2.3 微機械慣性器件輸出模型及標定方法21-27
• 2.3.1 微機械陀螺儀輸出模型21-22
• 2.3.2 微機械陀螺儀標定方法22-24
• 2.3.3 微機械加速度計輸出模型24-25
• 2.3.4 微機械加速度計標定方法25-27
• 2.4 卡爾曼濾波與姿態(tài)估計算法27-31
• 2.4.1 擴展卡爾曼濾波27-28
• 2.4.2 姿態(tài)估計算法28-31
• 2.5 衛(wèi)星導航系統(tǒng)31-32
• 2.6 微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定位系統(tǒng)設計與實現(xiàn)32-35
• 2.6.1 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)32-34
• 2.6.2 系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)34-35
• 2.7 系統(tǒng)測試結(jié)果35-37
• 2.7.1 微機械慣性器件標定結(jié)果35-36
• 2.7.2 靜態(tài)衛(wèi)星導航測試結(jié)果36
• 2.7.3 靜態(tài)姿態(tài)估計測試結(jié)果36-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 第3章 視覺導航系統(tǒng)設計及實現(xiàn)38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 坐標系定義及坐標變換關系38-42
• 3.2.1 坐標系定義38-41
• 3.2.2 坐標變換關系41-42
• 3.3 單目相機模型及標定42-45
• 3.3.1 小孔成像模型42-43
• 3.3.2 單目相機標定原理及方法43-45
• 3.4 視覺導航原理45-52
• 3.4.1 標識物選取45-46
• 3.4.2 標識物識別方法46-49
• 3.4.3 相機位置姿態(tài)估計算法49-52
• 3.5 系統(tǒng)測試結(jié)果52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 視覺慣性及衛(wèi)星組合導航算法研究54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 統(tǒng)一組合導航濾波器模型54-59
• 4.2.1 狀態(tài)變量及觀測變量選取54-55
• 4.2.2 位置速度加速度估計算法55-56
• 4.2.3 組合姿態(tài)估計算法56-59
• 4.3 微機械慣性衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)算法59-61
• 4.3.1 組合導航濾波器59-61
• 4.3.2 觀測信息來源61
• 4.4 微機械慣性視覺組合導航系統(tǒng)算法61-63
• 4.4.1 組合導航濾波器61
• 4.4.2 觀測信息來源61-63
• 4.5 微機械慣性衛(wèi)星及視覺組合導航系統(tǒng)算法63-65
• 4.5.1 空間坐標系統(tǒng)一63-64
• 4.5.2 組合導航濾波器64-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第5章 組合導航系統(tǒng)仿真及測試66-82
• 5.1 引言66
• 5.2 微機械姿態(tài)估計系統(tǒng)仿真66-70
• 5.2.1 仿真模型66-68
• 5.2.2 仿真測試及結(jié)果68-70
• 5.3 微機械慣性衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)測試結(jié)果70-74
• 5.4 微機械慣性視覺組合導航系統(tǒng)測試結(jié)果74-78
• 5.5 微機械慣性衛(wèi)星及視覺組合導航系統(tǒng)測試結(jié)果78-81
• 5.6 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻84-88
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文88-90
• 致謝90

  本文關鍵詞：視覺慣性及衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：449008