本文關(guān)鍵詞：水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與設(shè)計

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【摘要】：海洋占地球表面積的71.8%。當(dāng)前,海洋資源爭奪越演越烈,各國對海洋資源的重視程度與日俱增,海洋沖突亦不斷升級。隨著各國對海洋資源的偵查、探測、情報收集等方面作業(yè)越來越頻繁,對于水面無人艇的研發(fā)也越來越受到關(guān)注。導(dǎo)航系統(tǒng)作為水面無人艇最重要的一部分,決定著水面無人艇運行的精度和有效性。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strap-down Inertial Navigation Systems, SINS)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)是近年來兩種常用的導(dǎo)航系統(tǒng),將二者組合使用,不僅可以克服各系統(tǒng)單獨使用的缺點,還可以充分發(fā)揮各系統(tǒng)的優(yōu)勢,提高系統(tǒng)的精度和可靠性。本文主要研究基于SINS/GPS的水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)。本文主要包括以下內(nèi)容：(1)對導(dǎo)航系統(tǒng)所采用MIMU器件進行誤差分析建模與標(biāo)定。推導(dǎo)了加速度計、磁力計和陀螺儀的標(biāo)定算法,就本系統(tǒng)所用MIMU并進行標(biāo)定實驗,通過傳統(tǒng)標(biāo)定方法和本文使用的標(biāo)定方法對比實驗,驗證了該法的正確性。(2)研究了基于擴展卡爾曼濾波器的四元數(shù)姿態(tài)解算算法。介紹了當(dāng)前各類姿態(tài)解算方法,推導(dǎo)了一種基于擴展卡爾曼濾波器的四元數(shù)姿態(tài)解算算法的狀態(tài)方程和量測方程,采用該法對所采集MIMU輸出數(shù)據(jù)進行離線半物理實驗驗證,驗證了該法的正確性。(3)對本文所用的SINS/GPS組合導(dǎo)航算法仿真驗證。介紹了SINS/GPS的松組合與緊組合導(dǎo)航算法,針對基于速度與位置的SINS/GPS松組合導(dǎo)航方式,推導(dǎo)了采用速度與位置的SINS/GPS的松組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法,最終給出在非組合條件下與采用SINS/GPS組合的條件下的對比仿真,仿真結(jié)果表明,采用SINS/GPS組合導(dǎo)航的方式能夠使系統(tǒng)精度和可靠性得到提高。(4)設(shè)計并驗證了水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)。對所設(shè)計系統(tǒng)進行器件選型,設(shè)計了水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)電路,繪制了水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)PCB圖,給出了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計。對所設(shè)計水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)進行試驗,試驗結(jié)果驗證了所設(shè)計系統(tǒng)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：SINS/GPS組合導(dǎo)航 水面無人艇 擴展卡爾曼濾波 姿態(tài)解算 標(biāo)定
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U666.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景與意義8-9
• 1.2 水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀9
• 1.2.2 水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 論文主要工作及內(nèi)容安排10-12
• 第二章 慣性導(dǎo)航基本原理12-30
• 2.1 引言12
• 2.2 慣性導(dǎo)航常用坐標(biāo)系12-13
• 2.3 捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)基本原理13-20
• 2.3.1 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換13-14
• 2.3.2 姿態(tài)更新算法14-17
• 2.3.3 基于擴展卡爾曼濾波器的四元數(shù)姿態(tài)解算算法17-20
• 2.4 MEMS器件誤差分析與建模20-26
• 2.4.1 加速度計標(biāo)定21-23
• 2.4.2 磁力計標(biāo)定23-24
• 2.4.3 陀螺儀標(biāo)定24-26
• 2.5 基于擴展卡爾曼濾波器的四元數(shù)姿態(tài)解算算法半物理實驗26-29
• 2.5.1 實驗環(huán)境設(shè)置26
• 2.5.2 實驗結(jié)果分析26-29
• 2.6 小結(jié)29-30
• 第三章 SINS/GPS組合導(dǎo)航算法原理及仿真30-43
• 3.1 引言30-31
• 3.2 SINS/GPS松組合31
• 3.3 SINS/GPS緊組合31-32
• 3.4 SINS/GPS松組合仿真32-42
• 3.4.1 SINS/GPS松組合算法推導(dǎo)32-35
• 3.4.2 SINS/GPS松組合算法仿真35-42
• 3.5 小結(jié)42-43
• 第四章 水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 系統(tǒng)器件選型43-46
• 4.2.1 控制芯片選型43-44
• 4.2.2 MIMU選型44-45
• 4.2.3 外圍等芯片選型45-46
• 4.3 系統(tǒng)電路設(shè)計46-52
• 4.3.1 無人艇主控系統(tǒng)模塊電路設(shè)計46-50
• 4.3.2 無人艇的組合導(dǎo)航系統(tǒng)模塊電路設(shè)計50-52
• 4.4 組合導(dǎo)航系統(tǒng)軟件方案設(shè)計52-53
• 4.5 小結(jié)53-54
• 第五章 水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)驗證54-58
• 5.1 引言54
• 5.2 無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)實驗54-56
• 5.3 無人艇主控模塊系統(tǒng)實驗56-57
• 5.4 小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-59
• 6.1 論文主要內(nèi)容總結(jié)58
• 6.2 后續(xù)研究工作展望58-59
• 參考文獻59-62
• 致謝62-63
• 碩士期間發(fā)表論文及專利情況63

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