【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市電荷負荷量逐漸增大,與之相應的地下變電站數(shù)目不斷增多、室內變壓線路更加復雜等,這也就使得室內變電站巡檢人員的工作量快速增加、變電站人工巡檢效率低、巡檢人員人身安全問題更加緊張等。因此當下研究重點是急需借助一種輔助工具取代人工進行室內變電站的巡檢。本文提出以無人機代替人工進行巡檢,對所需室內變電站場景下無人機自主導航的實現(xiàn)進行了研究與設計。本文首先對無人機電力巡檢技術、無人機室內導航的研究現(xiàn)狀作了介紹,對于依靠自身傳感器實現(xiàn)室內自主導航的微型無人機來說,無人機的體積和載荷極大地限制機載設備的選擇范圍,因此,本文提出采用以傳統(tǒng)的接收衛(wèi)星信號方法實現(xiàn)無人機室內自主導航。而室內環(huán)境下,無人機無法接收GPS信號,針對這一問題,引出了本文所做研究內容及重點如下:(1)提出了一種基于UWB技術的室內定位系統(tǒng)。通過對室內常見無線定位方法與技術的優(yōu)缺點比較,選取了基于到達時間差(TDOA)定位算法的超寬帶(UWB)無線定位技術。通過對最優(yōu)解算算法進行比較,選取了基于最小二乘(WLS)進行定位算法。因室內無線信號存在非視距下(NLOS)傳播誤差影響,算法上先利用卡爾曼濾波模型對原始測距信息進行平滑濾波處理,再采用基于WLS的TDOA進行定位解算,仿真結果驗證了該模型的可行性。(2)完成基于UWB技術的室內定位系統(tǒng)軟硬件設計。硬件設計部分包括:控制模塊、無線收發(fā)模塊、接口模塊、電源模塊等。軟件設計包括驅動程序及定位服務器設計。針對信號收發(fā)所產(chǎn)生的時延影響分析,主要存在有信號空氣傳播時延以及硬件時延,信號空氣的傳播時延通過在軟件算法中加入513ns進行去除,硬件時延利用迭代方法獲取最優(yōu)解。實驗最終完成定位系統(tǒng)定位精度在±10cm范圍內,達到理想要求。(3)通過對模擬GNSS信號結構、定位原理的理論研究,對衛(wèi)星定位技術誤差源進行分析后,完成了對模擬GNSS衛(wèi)星信號系統(tǒng)以及控制軟件的設計。同時對組合系統(tǒng)進行仿真平臺搭建,對模擬衛(wèi)星信號系統(tǒng)仿真文件進行了驗證實驗,其結果證明仿真平臺具備正常播發(fā)模擬衛(wèi)星信號功能;對無人機在室內做了定點懸停實驗,實驗結果達到預期要求。本文的最后,就室內變電站巡檢無人機導航定位系統(tǒng)的下一步工作做了一定的探討和展望。
【圖文】：

圖２．４ＴＤＯＡ原理圖逡逑如圖２．４所示，假設基站節(jié)點７；、ｒ２、ｒ３坐標分別為：逡逑（＆，＆），（＆，＆），（＆，＆），待測節(jié)點與基站節(jié)點距離分別為：ｒｆｉ、４、名，可得逡逑到待測節(jié)點到基站節(jié)點匕、７；距離差為：根據(jù)幾何原理，，即待測節(jié)逡逑點必位于以ｒ２與７；為焦點、（＾為焦距的雙曲線上。同理，待測節(jié)點必位于以７；逡逑與７；為焦點、（／３１＝ｄ３－＜為焦距的雙曲線上。逡逑根據(jù)上述定位原理可得到如下方程組：逡逑＾ｘ２邋－邋ｘｆ邋＋邋（ｒ２邋－邋ｒ）２邋－邋＾（ｘｉ邋－邋ｉｆ邋＋邐－邋ｒｆ邋＝邋ｄ２１邋＝邋ｄ２－ｄｔ逡逑＾邐邐邋邐邋＼２．ｑ）逡逑＾ｘ３邋－邋ｘｆ邋＋邋（ｒ３邋－邋ｙ）２邋－邋＾邋－邋ｘｆ邋＋邋（ｒ，邋－邋ｒ）２邋＝邋ｄ３ｉ邋Ｈ逡逑因為基站節(jié)點所接收信號的時刻已知，即已知ｃ／２１、ｒｆ３１的值，利用求解方程逡逑組２．８便可以得到待測節(jié)點的位置。本文采用該方法進行定位解算。逡逑２．１．２無線定位技術選取逡逑一般常用于定位的無線技術有紅外線技術、超聲波技術、藍牙技術、射頻識逡逑別（ＲＦＩＤ）技術、Ｗｉ－Ｆｉ技術、ＺｉｇＢｅｅ技術以及ＵＷＢ技術等［４６１，其中關于無線逡逑技術的選取

邐１ＳＱ逡逑采枰點逡逑圖２．６原始測量值下多種定位算法比較逡逑原始測雖值下多種定位算法比較逡逑１邐＇邐．邐＇邐＇Ｉ逡逑Ｉ邋７００邋＇邐＿逡逑卜邐——艦，「逡逑５００邋－邐＿邋十邋一邋Ｆａｎｇ邋好．法邐－逡逑＜邐Ｔａｙｌｏｒ邋－ｒｇｆＳｔｒｊ－逡逑＜邐邐＜３邐Ｃｈａｎ邋療法邐逡逑４００邋＾邐１邐１邐１邐１邐＊邐１邐１邐？－逡逑５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５邐４０逡逑采d塹沐義賢跡玻吩疾飭恐迪戮植慷嘀侄ㄎ凰惴ū冉襄義賢跡玻丁ⅲ玻廢允玖碩嘀侄ㄎ凰惴ǚ直鵠迷疾飭恐低瓿善潿ㄎ喚饉愫蟮畝ㄥ義銜磺�。根据曲蠂成知，利用原始诧喛值完成诞�ㄎ喚饉憬峁胝媸滴恢米瓿鰣義舷執(zhí)嬖誚洗蟮鈉�。而其种x詡尤ㄗ钚《朔ǎǎ祝蹋櫻┑畝ㄎ喚饉闥惴ɑ袢〉畝ㄥ義銜喚峁胝媸檔奈恢米曄親罱詠�，定螁踞果误测j冢常埃悖磣笥遙肜硐氳畝ㄥ義銜瘓紉蠡勾嬖誆罹�。但可判知基于ＷＬ懋�ㄎ喚饉惴ㄎ鈑擰ｅ義峽ǘ藶瞬ê蟛飫鎦迪露嘀侄ㄎ凰惴ū冉襄義希懾危懾危懾危懾危懾危卞危懾義希玻擔埃板澹危插危義希蟈義蠆儯保埃埃板澹垮巍屋⑹稻嗬脛靛澹桑義襄味灣澹輾ㄥ義襄危澹疲幔睿玨遢７ㄥ義希擔埃埃埃埃蓿掊危煎危裕幔歟錚蟈寮妒ㄥ義弦誨澹跡沖危茫瑁幔鑠迨惴ㄥ義希彥邋危危危危危危危五義希板危玻板危矗板危叮板危福板危保埃板危保玻板危保矗板危保叮板義喜裳沐義賢跡玻�？`ǘ瞬ê蟛飭恐迪露嘀侄ㄎ凰惴ū冉襄義希玻插義

本文編號：2599348