本文關(guān)鍵詞：基于慣性傳感器的GPS盲區(qū)軌跡追蹤系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 定位系統(tǒng) 慣性傳感器 里程計 MPU6050 光電傳感器

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，交通智能化是未來發(fā)展的重要趨勢。智能交通能提供的重要功能之一在于對車輛的精確定位。目前，對車輛的精確定位方法主要依靠GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。然而GPS信號在隧道、高架橋、地下室等建筑物的遮擋下非常微弱，因此慣性自主導(dǎo)航定位方法的研究必不可少，也成為現(xiàn)今的一個研究熱點。為解決GPS盲區(qū)車載定位不準(zhǔn)確的問題，本文系統(tǒng)運用融合里程計與航向角數(shù)據(jù)的方法，搭建了一套自主定位的小車軌跡追蹤系統(tǒng)。 本文系統(tǒng)硬件采用了集加速度傳感器與陀螺儀于一體的MPU6050作為小車的慣導(dǎo)平臺。系統(tǒng)中加速度傳感器用于辨別小車當(dāng)前運動姿態(tài)是前進還是后退；陀螺儀用來測量小車前進航向角；同時采用了快速響應(yīng)的U型光電傳感器來測量小車行駛距離。系統(tǒng)在單位時間內(nèi)采集上述各傳感器的測量值并對數(shù)據(jù)進行融合之后傳送至上位機，上位機對接收到的數(shù)據(jù)進行擴展卡爾曼濾波并繪制成運動軌跡圖。在完成系統(tǒng)硬件平臺搭建與軟件算法設(shè)計之后，以大量實際測試驗證了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。系統(tǒng)小車運動距離為20米時的誤差在0.25米至0.35米之間。該系統(tǒng)相比于無線傳感網(wǎng)定位，無需布置大量已知坐標(biāo)的結(jié)點，對使用環(huán)境沒有要求，并且精度高、成本低、適合推廣。 從本文系統(tǒng)的實際測試結(jié)果中可以看出，利用慣性傳感器與里程計相結(jié)合的設(shè)計方式，能夠?qū)崿F(xiàn)短時間GPS信號丟失之后延續(xù)對車載的定位，，為今后對車載GPS盲區(qū)導(dǎo)航、室內(nèi)巡航機器人定位的研究提供了很好的借鑒。
【關(guān)鍵詞】：定位系統(tǒng) 慣性傳感器 里程計 MPU6050 光電傳感器
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U495;P228.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 專用術(shù)語注釋表8-9
• 第一章 緒論9-12
• 1.1 課題研究背景與意義9-10
• 1.2 慣導(dǎo)定位系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文研究內(nèi)容與章節(jié)安排11-12
• 第二章 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理與組成12-20
• 2.1 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及其分類12-17
• 2.1.1 慣性導(dǎo)航原理12-13
• 2.1.2 歐拉角與四元素13-15
• 2.1.3 慣性系統(tǒng)的分類15-17
• 2.2 慣性傳感器工作原理17-19
• 2.2.1 MEMS 加速度傳感器原理17
• 2.2.2 MEMS 微機械陀螺17-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第三章 軌跡追蹤系統(tǒng)硬件設(shè)計20-35
• 3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計20-21
• 3.1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)20
• 3.1.2 慣性平臺模塊結(jié)構(gòu)20-21
• 3.1.3 光電傳感器模塊結(jié)構(gòu)21
• 3.1.4 中央微控制器21
• 3.2 系統(tǒng)主要器件選型與分析21-31
• 3.2.1 慣性傳感器的選型與原理21-26
• 3.2.2 光電傳感器的選型與原理26-28
• 3.2.3 碼盤的選型28-29
• 3.2.4 微控制器的選型與特性29-31
• 3.3 系統(tǒng)模塊間的通信接口31-34
• 3.3.1 I2C總線接口31-34
• 3.3.2 串口通信34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計35-47
• 4.1 系統(tǒng)坐標(biāo)推算原理與誤差分析35-37
• 4.1.1 坐標(biāo)更新算法原理35-36
• 4.1.2 算法誤差分析與解決方案36-37
• 4.2 慣導(dǎo)平臺軟件設(shè)計37-42
• 4.2.1 軟件平臺簡介37
• 4.2.2 軟件流程37-42
• 4.3 濾波器設(shè)計42-46
• 4.3.1 擴展卡爾曼濾波簡介43
• 4.3.2 基于前一狀態(tài)的擴展卡爾曼濾波器設(shè)計43-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 系統(tǒng)實驗與調(diào)試47-60
• 5.1 實驗小車硬件平臺47
• 5.2 傳感器測量精度分析47-50
• 5.2.1 航向角測量精度47-49
• 5.2.2 里程計測量精度49-50
• 5.3 小車軌跡追蹤系統(tǒng)實際測試50-58
• 5.3.1 擴展 Kalman 濾波軌跡修正50-53
• 5.3.2 抑制航向角的漂移53-55
• 5.3.3 系統(tǒng)實際測試與誤差分析55-57
• 5.3.4 系統(tǒng)的應(yīng)用推測57-58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 參考文獻62-64
• 附錄1 程序清單64-65
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文65-66
• 致謝66

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王清;倪江生;金偉明;;基于慣性傳感器的汽車姿態(tài)測試方法研究[J];輕型汽車技術(shù);2003年07期

2 趙德申;胡雪梅;;電容慣性傳感器的結(jié)構(gòu)分析[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2009年06期

3 杜來林;楊超;;離心式慣性傳感器的結(jié)構(gòu)原理及性能測試[J];液壓氣動與密封;2011年06期

4 菲利普J.克拉斯 ,時杰;芯片式微型慣性傳感器[J];國際航空;1998年11期

5 許國禎;硅微結(jié)構(gòu)慣性傳感器的研制現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報;1998年01期

6 瘳朝佩;慣性傳感器技術(shù)展望（續(xù)）[J];飛航導(dǎo)彈;1994年05期

7 周紅進;鐘云海;易成濤;;MEMS慣性導(dǎo)航傳感器[J];艦船科學(xué)技術(shù);2014年01期

8 倪江生;翟羽健;;基于慣性傳感器的汽車運動測試方法研究[J];輕型汽車技術(shù);2000年03期

9 李雪蓮;孫堯;莫宏偉;;微慣性傳感器零點漂移融合濾波算法研究[J];傳感器與微系統(tǒng);2009年06期

10 樊尚春,肖志敏,張慶榮;諧振式微機械慣性傳感器[J];計測技術(shù);2005年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 高楊;;微慣性傳感器的新進展[A];中國工程物理研究院科技年報（2010年版）[C];2011年

2 張巧云;林日樂;謝佳維;張挺;翁邦英;王瑞;趙建華;鄭永祥;呂志清;;石英微機械慣性傳感器的研究[A];中國慣性技術(shù)學(xué)會第五屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

3 蔣慶華;苑偉政;常洪龍;王濤;;電容式微機械慣性傳感器信號檢測技術(shù)研究[A];中國微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會年會論文集（一）[C];2005年

4 趙汝準(zhǔn);趙祚喜;張霖;俞龍;孫道宗;;集成慣性傳感器ADIS16355的三軸轉(zhuǎn)臺實驗與性能分析[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

5 楊擁軍;徐愛東;鄭鋒;徐永青;何洪濤;卞玉民;吝海鋒;呂樹海;羅蓉;鄒學(xué)鋒;;硅MEMS慣性傳感器的研究和開發(fā)[A];中國慣性技術(shù)學(xué)會第五屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

6 崔健;廖興才;楊軍;;MEMS慣性傳感器在汽車ESP中的應(yīng)用[A];慣性技術(shù)發(fā)展動態(tài)發(fā)展方向研討會文集——新世紀(jì)慣性技術(shù)在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 齊乃波;走近金字塔的中國人[N];中國航空報;2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 羅小兵;微慣性流體器件中的流動和傳熱及其工程應(yīng)用[D];清華大學(xué);2002年

2 鄭旭東;基于新型梳狀柵電容結(jié)構(gòu)的微機械慣性傳感器研究[D];浙江大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 萬慶元;空間慣性傳感器的擾動力分析[D];華中科技大學(xué);2007年

2 李群英;微慣性傳感器信號的自適應(yīng)處理[D];青島大學(xué);2010年

3 孫浩;融合視覺和慣性傳感器的獨立運動目標(biāo)檢測[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

4 王國杰;基于慣性傳感器的跌倒防護氣囊系統(tǒng)的研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

5 劉文;基于微機電慣性傳感器的船舶室內(nèi)導(dǎo)航算法研究[D];大連海事大學(xué);2013年

6 黃棉波;基于無線微慣性傳感器的人體運動信息獲取系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[D];南方醫(yī)科大學(xué);2011年

7 梁丁;基于MEMS慣性傳感器的跌倒檢測與預(yù)警研究[D];大連理工大學(xué);2012年

8 丁君;基于微慣性傳感器的姿態(tài)算法研究[D];上海交通大學(xué);2013年

9 王曉迪;嵌入可動電極的微慣性傳感器的設(shè)計與相關(guān)IC檢測電路研究[D];杭州電子科技大學(xué);2012年

10 張世哲;基于慣性傳感器和WiFi的室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2012年

本文編號：701552