導(dǎo)航是機(jī)器人技術(shù)中的核心問題。針對單一導(dǎo)航系統(tǒng)的不足,設(shè)計了一種基于里程計/地磁/GPS的移動機(jī)器人的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。通過建立各導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型,并對誤差進(jìn)行分析,利用卡爾曼濾波器對導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差進(jìn)行估計,得到系統(tǒng)誤差的最優(yōu)估計。最后利用間接法濾波輸出對導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行校正。通過MATLAB進(jìn)行仿真實驗,證明該導(dǎo)航系統(tǒng)能夠有效地降低導(dǎo)航誤差,提高了移動機(jī)器人的導(dǎo)航定位精度,而且當(dāng)某一導(dǎo)航系統(tǒng)接收不到信號或者壞掉時,系統(tǒng)仍然可以保持高精度的導(dǎo)航。 

【文章來源】：微型機(jī)與應(yīng)用. 2016,35(01)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖１光電編碼器測量位置及航向角原理圖１．２三軸地磁傳感器測量機(jī)器人航向角

烆ｔ（３）圖１光電編碼器測量位置及航向角原理圖１．２三軸地磁傳感器測量機(jī)器人航向角地磁傳感器用來測量地球周圍磁場，通過各個坐標(biāo)系上磁敏感軸測出的地磁分量值，再經(jīng)過計算和誤差校正，可以得到載體與地磁北的夾角，再加上磁偏角即可得到載體準(zhǔn)確的航向角［２］。假設(shè)移動機(jī)器人運(yùn)動在水平的路面上，這時就不用考慮Ｚ軸上的地磁分量。三軸傳感器的Ｘ敏感軸和Ｙ敏感軸分別沿機(jī)器人的橫軸和縱軸方向。假設(shè)此時磁敏感軸的Ｘ軸和Ｙ軸測得的地磁場強(qiáng)度分別為α和β。由圖２三軸地磁傳感器測量航向角原理圖，根據(jù)三角關(guān)系可求出此時的磁航角θ，由ｔａｎθ＝α／β可求出θ＝ａｒｃｔａｎ（α／β）。圖２三軸地磁傳感器測量航向角原理圖１．３ＧＰＳ導(dǎo)航ＧＰＳ主要由ＧＰＳ衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控和用戶接受設(shè)備三部分組成。ＧＰＳ通過觀測信號傳播時間來計算出衛(wèi)星與用戶之間的距離，再通過導(dǎo)航電文里衛(wèi)星星歷、時鐘改正等信息可以反推出目標(biāo)位置在ＷＧＳ－８４坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。設(shè)用戶坐標(biāo)為（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ），第ｉ顆衛(wèi)星的坐標(biāo)為（Ｘｓｉ，Ｙｓｉ，Ｚｓｉ），可以求出用戶到第ｉ顆衛(wèi)星的真實距離Ｒｉ為［３］：Ｒｉ＝（Ｘｓｉ－Ｘｕ）２＋（Ｙｓｉ－Ｙｕ）２＋（Ｚｓｉ－Ｚｕ）槡２（４）在實際應(yīng)用中，由于各種誤差的存在，接收機(jī)無法測出用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，只能測出包含各種誤差在內(nèi)的“偽距”。用戶與第ｉ顆衛(wèi)星之間的偽距Ｄｉ可以表示為：Ｄｉ＝Ｒｉ＋δＩ（ｔ）＋δＴ（ｔ

是地磁傳感器經(jīng)過處理后最終輸出的航向角信息；δθＥＣ為地磁北與地理北之間磁偏角的誤差；εＥＣ是受到周圍環(huán)境中隨機(jī)干擾磁場影響產(chǎn)生的誤差，可以看作系統(tǒng)白噪聲來處理。３．３里程計／ＧＰＳ／地磁傳感器的卡爾曼濾波器設(shè)計卡爾曼濾波器實際上是一種線性最小方差估計意義上的最優(yōu)估計算法，本文將對移動機(jī)器人的位置誤差δＸ（ｋ）、δＹ（ｋ）和航向角誤差δθ（ｋ）進(jìn)行濾波，實現(xiàn)位置誤差δＸ＾、δＹ＾以及方位角誤差δθ＾的最優(yōu)估計。本設(shè)計采用如圖４所示的方案對系統(tǒng)進(jìn)行濾波。圖４移動機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)濾波方案其中，對里程計和ＧＰＳ輸出的位置誤差信息進(jìn)行濾波輸出，作為導(dǎo)航系統(tǒng)的位置誤差估計；對里程計和地磁傳感器輸出的航向角誤差進(jìn)行濾波輸出，作為導(dǎo)航系統(tǒng)的航向角誤差估計。系統(tǒng)的狀態(tài)變量包括：里程計的位置誤差和航向角誤差δＸ（ｋ）、δＹ（ｋ）、δθ（ｋ），ＧＰＳ信號的位置誤差δφｇ、δλｇ，地磁傳感器輸出的航向角誤差δθＥＣ以及移動機(jī)器人測量時的結(jié)構(gòu)誤差δＳＬ（ｋ）、δＳＲ（ｋ）、δＷ（ｋ）。系統(tǒng)的狀態(tài)變量、狀態(tài)方程以及狀態(tài)矩陣分別為：８３

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]車載GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合算法研究[J]. 常青,鄭平方,柳重堪,張其善.  通信學(xué)報. 2000(02)



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