本文針對多旋翼無人機(jī)航姿解算的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,在橢球擬合與最小二乘法基礎(chǔ)上,改進(jìn)航姿參考系統(tǒng)中傳感器誤差補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)方法。在四元數(shù)約束的容積卡爾曼濾波算法基礎(chǔ)上對算法進(jìn)行改進(jìn),使系統(tǒng)協(xié)方差矩陣Q與觀測協(xié)方差矩陣R隨算法迭代自適應(yīng)更新。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該改進(jìn)算法,更適合不同運(yùn)動狀態(tài)下的多旋翼無人機(jī)進(jìn)行航姿解算。設(shè)計(jì)了基于FPGA的航姿解算平臺,開展了多傳感器誤差形成機(jī)理與影響程度分析,多傳感器輸出噪聲特性分析,航姿解算誤差分析以及高精度、高實(shí)用性的航姿解算技術(shù)方面的研究,主要包括:(1)設(shè)計(jì)陀螺儀、加速度計(jì)與磁力計(jì)誤差標(biāo)定算法根據(jù)慣性導(dǎo)航技術(shù)和基于MEMS的陀螺儀、加速度計(jì)與磁力計(jì)的整體測量結(jié)構(gòu),分析三種MEMS傳感器誤差形成機(jī)理以及影響程度,分別建立三種慣性傳感器的誤差模型,并根據(jù)誤差模型對三種傳感器進(jìn)行標(biāo)定,獲得關(guān)鍵誤差項(xiàng)。通過誤差模型反推補(bǔ)償算法,降低三種傳感器自身存在的誤差,為航姿解算提供保障。(2)設(shè)計(jì)基于容積卡爾曼濾波與四元數(shù)的數(shù)據(jù)融合算法提出以容積卡爾曼濾波為基礎(chǔ),四元數(shù)約束下的一種數(shù)據(jù)融合算法,通過不斷迭代的方式,對多旋翼無人機(jī)的三個(gè)姿態(tài)角信息進(jìn)行解算。通過算法中參數(shù)的數(shù)值...

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 航姿解算技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 無人機(jī)航姿解算技術(shù)
        1.2.2 國內(nèi)外航姿解算系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.3 小型無人機(jī)航姿解算技術(shù)發(fā)展趨勢
    1.4 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排
第2章 無人機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)理論
    2.1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)
    2.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的航姿解算概述
    2.3 坐標(biāo)系定義及轉(zhuǎn)換
    2.4 姿態(tài)角的表述
        2.4.1 歐拉角
        2.4.2 方向余弦法
        2.4.3 四元數(shù)
    2.5 航姿解算
    2.6 本章小結(jié)
第3章 航姿參考系統(tǒng)
    3.1 航姿參考系統(tǒng)組成
    3.2 多傳感器誤差及補(bǔ)償
        3.2.1 陀螺儀誤差分析
        3.2.2 基于最小二乘法的陀螺儀誤差補(bǔ)償
        3.2.3 加速度計(jì)誤差分析
        3.2.4 基于最大似然估計(jì)加速度計(jì)誤差補(bǔ)償
        3.2.5 磁力計(jì)誤差分析
        3.2.6 兩步法橢球擬合的磁力計(jì)誤差補(bǔ)償
    3.3 實(shí)驗(yàn)仿真
        3.3.1 陀螺儀實(shí)驗(yàn)仿真
        3.3.2 加速度計(jì)實(shí)驗(yàn)仿真
        3.3.3 磁力計(jì)實(shí)驗(yàn)仿真
    3.4 本章小結(jié)
第4章 航姿解算算法設(shè)計(jì)
    4.1 多旋翼無人機(jī)姿態(tài)解算原理
    4.2 飛行姿態(tài)解算算法設(shè)計(jì)
        4.2.1 互補(bǔ)濾波姿態(tài)理論
        4.2.2 卡爾曼濾波理論
        4.2.3 容積卡爾曼濾波理論
    4.3 基于四元數(shù)的容積卡爾曼濾波及其改進(jìn)
        4.3.1 系統(tǒng)狀態(tài)方程
        4.3.2 系統(tǒng)測量方程
        4.3.3 基于四元數(shù)的容積卡爾曼濾波改進(jìn)方法
    4.4 仿真結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第5章 無人機(jī)航姿解算FPGA的實(shí)現(xiàn)
    5.1 FPGA簡介
    5.2 基于FPGA的飛行姿態(tài)解算系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        5.2.1 FPGA芯片的選擇依據(jù)
        5.2.2 系統(tǒng)電源電路
        5.2.3 系統(tǒng)時(shí)鐘與復(fù)位電路
        5.2.4 FPGA的配置電路
    5.3 基于FPGA的飛行姿態(tài)解算系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        5.3.1 軟件總體設(shè)計(jì)
        5.3.2 多傳感器接口模塊設(shè)計(jì)
        5.3.3 多傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)
        5.3.4 航姿解算模塊設(shè)計(jì)
    5.4 本章小結(jié)
第6章 展望與總結(jié)
    6.1 本文內(nèi)容總結(jié)
    6.2 本文內(nèi)容展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡介
攻讀碩士學(xué)位期間研究成果



本文編號：3777774