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(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 定位系統(tǒng) 慣性傳感器 里程計(jì) 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(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。智能交通能提供的重要功能之一在于對(duì)車輛的精確定位。目前，對(duì)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(hào)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(gè)研究熱點(diǎn)。為解決GPS盲區(qū)車載定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，本文系統(tǒng)運(yùn)用融合里程計(jì)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(tái)。系統(tǒng)中加速度傳感器用于辨別小車當(dāng)前運(yùn)動(dòng)姿態(tài)是前進(jìn)還是后退；陀螺儀用來(lái)測(cè)量小車前進(jìn)航向角；同時(shí)采用了快速響應(yīng)的U型光電傳感器來(lái)測(cè)量小車行駛距離。系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)采集上述各傳感器的測(cè)量值并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合之后傳送至上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展卡爾曼濾波并繪制成運(yùn)動(dòng)軌跡圖。在完成系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建與軟件算法設(shè)計(jì)之后，以大量實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。系統(tǒng)小車運(yùn)動(dòng)距離為20米時(shí)的誤差在0.25米至0.35米之間。該系統(tǒng)相比于無(wú)線傳感網(wǎng)定位，無(wú)需布置大量已知坐標(biāo)的結(jié)點(diǎn)，對(duì)使用環(huán)境沒(méi)有要求，并且精度高、成本低、適合推廣。 從本文系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果中可以看出，利用慣性傳感器與里程計(jì)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間GPS信號(hào)丟失之后延續(xù)對(duì)車載的定位，，為今后對(duì)車載GPS盲區(qū)導(dǎo)航、室內(nèi)巡航機(jī)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(jì) MPU6050 光電傳感器
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U495;P228.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 專用術(shù)語(yǔ)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3 本文研究?jī)?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(jī)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(jì)20-35
• 3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)20-21
• 3.1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)20
• 3.1.2 慣性平臺(tái)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(pán)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(jì)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(tái)軟件設(shè)計(jì)37-42
• 4.2.1 軟件平臺(tái)簡(jiǎn)介37
• 4.2.2 軟件流程37-42
• 4.3 濾波器設(shè)計(jì)42-46
• 4.3.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波簡(jiǎn)介43
• 4.3.2 基于前一狀態(tài)的擴(kuò)展卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)43-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與調(diào)試47-60
• 5.1 實(shí)驗(yàn)小車硬件平臺(tái)47
• 5.2 傳感器測(cè)量精度分析47-50
• 5.2.1 航向角測(cè)量精度47-49
• 5.2.2 里程計(jì)測(cè)量精度49-50
• 5.3 小車軌跡追蹤系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試50-58
• 5.3.1 擴(kuò)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(shí)際測(cè)試與誤差分析55-57
• 5.3.4 系統(tǒng)的應(yīng)用推測(cè)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(xiàn)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(xiě)的論文65-66
• 致謝66

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4 菲利普J(rèn).克拉斯 ,時(shí)杰;芯片式微型慣性傳感器[J];國(guó)際航空;1998年11期

5 許國(guó)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(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);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

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