本文關(guān)鍵詞：小型水面無(wú)人船航行狀態(tài)感知系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 船舶姿態(tài) 慣導(dǎo)系統(tǒng) 小波去噪 無(wú)人船

【摘要】：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，航運(yùn)事業(yè)迅猛發(fā)展。建設(shè)暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河航運(yùn)體系已上升為國(guó)家戰(zhàn)略。由于海事機(jī)構(gòu)人員編制、裝備有限，安全監(jiān)管巡航成本高、覆蓋面小，現(xiàn)有的船艇裝備無(wú)法在高危環(huán)境下開(kāi)展巡航搜救或應(yīng)急反應(yīng)，制約了海事業(yè)務(wù)的發(fā)展。開(kāi)展無(wú)人船的研究，有助于提升海事巡航搜救能力和效率，為“航行更安全和海洋更清潔”做出重要貢獻(xiàn)。 獲取無(wú)人船的航行狀態(tài)信息是實(shí)現(xiàn)無(wú)人船智能航行的基礎(chǔ)。無(wú)人船航行控制的有效性在很大程度上依賴于準(zhǔn)確的航行狀態(tài)信息。本文完成的主要工作如下： （1）本文根據(jù)無(wú)人船航行控制需求，提出了一套無(wú)人船航行狀態(tài)感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高精度慣導(dǎo)傳感器，由三軸正交的加速度計(jì)和MEMS（MicroElectro Mechanical Systems）陀螺儀分別感應(yīng)x軸、y軸、z軸的加速度和角速度。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)在航無(wú)人船舶三個(gè)軸向的加速度和俯仰角、橫傾角、航向角的連續(xù)測(cè)量，也可用于速度和位置的動(dòng)態(tài)計(jì)算。同時(shí)完成了系統(tǒng)供電單元的設(shè)計(jì)以及相關(guān)傳感器的安裝布設(shè)等。 （2） MEMS陀螺儀的隨機(jī)噪聲很大程度上影響了航行狀態(tài)感知系統(tǒng)的標(biāo)定精度。由于MEMS陀螺信號(hào)是一種非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，，隨機(jī)噪聲大，傳統(tǒng)去噪方法已經(jīng)達(dá)不到預(yù)定的效果。本文利用小波變換閾值去噪方法對(duì)MEMS陀螺數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，并采用Allan方差法方法對(duì)去噪前后的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。 （3）本文對(duì)無(wú)人船航行狀態(tài)信息感知系統(tǒng)軟件的界面、模塊、功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)。從框架上說(shuō)，軟件分為CAN通信模塊、接收回顯模塊、數(shù)據(jù)解析與顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。通過(guò)這些模塊實(shí)現(xiàn)CAN通信、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)信息記錄入庫(kù)等任務(wù)。 （4）系統(tǒng)構(gòu)建完成之后，由于安裝誤差，慣導(dǎo)傳感器所在的數(shù)字坐標(biāo)系與無(wú)人船所在的載體坐標(biāo)系不重合。通過(guò)無(wú)人船一段時(shí)間在水中靜置，來(lái)辨識(shí)兩個(gè)坐標(biāo)系的重合誤差，將數(shù)字坐標(biāo)系中的三軸姿態(tài)角轉(zhuǎn)換為無(wú)人船的姿態(tài)角，并對(duì)船舶初始位置進(jìn)行校準(zhǔn)。本文對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了多次實(shí)船搭載實(shí)驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。
【關(guān)鍵詞】：船舶姿態(tài) 慣導(dǎo)系統(tǒng) 小波去噪 無(wú)人船
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U675.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 航行狀態(tài)感知的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的航行狀態(tài)感知10-11
• 1.2.2 GPS 航行狀態(tài)感知11-12
• 1.2.3 磁傳感器的航行狀態(tài)感知12
• 1.2.4 基于慣導(dǎo)系統(tǒng)的航行狀態(tài)感知12-14
• 1.3 研究的目的及意義14-15
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容及主要工作15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第2章 基于慣導(dǎo)系統(tǒng)的航行狀態(tài)感知技術(shù)17-27
• 2.1 慣導(dǎo)系統(tǒng)概述17-18
• 2.1.1 慣導(dǎo)系統(tǒng)的組成17-18
• 2.1.2 慣導(dǎo)系統(tǒng)的特點(diǎn)18
• 2.2 慣導(dǎo)系統(tǒng)航行狀態(tài)感知原理18-22
• 2.2.1 坐標(biāo)系的定義19-20
• 2.2.2 坐標(biāo)變換20-22
• 2.3 船舶航行狀態(tài)表示方法22-24
• 2.3.1 船舶姿態(tài)角22-23
• 2.3.2 船舶位置23
• 2.3.3 船舶速度23-24
• 2.4 慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)24-26
• 2.4.1 粗對(duì)準(zhǔn)24-25
• 2.4.2 精對(duì)準(zhǔn)25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 基于小波分析法的 MEMS 陀螺去噪研究27-43
• 3.1 基于 Allan 方差分析的 MEMS 陀螺隨機(jī)誤差特性分析27-33
• 3.1.1 MEMS 陀螺的隨機(jī)噪聲特性分析27-29
• 3.1.2 利用 Allan 方差分析 MEMS 陀螺的隨機(jī)誤差特性29-33
• 3.2 小波分析方法33-36
• 3.2.1 連續(xù)與離散小波變換33-34
• 3.2.2 多分辨分析34-36
• 3.3 MEMS 陀螺去噪試驗(yàn)36-42
• 3.3.1 小波函數(shù)選取36-38
• 3.3.2 分解層數(shù)選取38
• 3.3.3 閾值的選取38-39
• 3.3.4 去噪效果分析39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 無(wú)人船航行狀態(tài)感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)43-58
• 4.1 系統(tǒng)功能需求分析43-44
• 4.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案44
• 4.2.1 系統(tǒng)組成44
• 4.2.2 系統(tǒng)工作原理44
• 4.3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)44-50
• 4.3.1 ADMA 型慣導(dǎo)系統(tǒng)45-46
• 4.3.2 CAN 通信卡46-47
• 4.3.3 電源系統(tǒng)47-48
• 4.3.4 系統(tǒng)安裝48-50
• 4.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)50-56
• 4.4.1 界面設(shè)計(jì)50-51
• 4.4.2 CAN 通信模塊51-52
• 4.4.3 慣導(dǎo)數(shù)據(jù)解算52-54
• 4.4.4 顯示模塊54-55
• 4.4.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊55-56
• 4.5 系統(tǒng)測(cè)試56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第5章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)58-71
• 5.1 無(wú)人船介紹58-59
• 5.2 實(shí)船搭載試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作59-61
• 5.3 系統(tǒng)實(shí)船搭載試驗(yàn)61-70
• 5.3.1 傾斜試驗(yàn)61-62
• 5.3.2 系泊試驗(yàn)62-65
• 5.3.3 航行試驗(yàn)65-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 第6章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 研究?jī)?nèi)容總結(jié)71-72
• 6.2 研究工作展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研情況77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：602860