【摘要】：水下產(chǎn)品作為開發(fā)海洋資源的重要工具,對產(chǎn)品在水下的運動姿態(tài)和軌跡的準確測量對海洋探測工作意義重大。因此研究產(chǎn)品的姿態(tài)和運動軌跡的解算算法是還原產(chǎn)品運動情況的關鍵環(huán)節(jié)。針對某產(chǎn)品的水下測試的需要,本論文提出了運用MTi慣性測量傳感器和壓力傳感器分別測量產(chǎn)品的三軸加速度、角速度、磁場強度和入水深度等參數(shù),事后用四元數(shù)法與卡爾曼濾波融合算法實現(xiàn)產(chǎn)品姿態(tài)和運動軌跡的測量的新方案。論文主要從以下幾個角度來論述。(1)產(chǎn)品姿態(tài)算法的研究,基于產(chǎn)品姿態(tài)的參照坐標系和姿態(tài)定義,提出了姿態(tài)算法的整體架構:初始姿態(tài)對準,用陀螺數(shù)據(jù)更新姿態(tài)信息,離散卡爾曼濾波算法融合系統(tǒng)測量參數(shù)估計出產(chǎn)品最優(yōu)姿態(tài)角。分析并仿真了不同的陀螺數(shù)據(jù)更新算法,并與標準姿態(tài)對比,最終結合工程實用性選擇了四元數(shù)龍格庫塔算法。針對單一使用四元數(shù)法進行姿態(tài)解算的誤差較大的情況,提出了離散卡爾曼濾波數(shù)據(jù)融合算法模型,仿真結果表明經(jīng)過融合算法處理后,姿態(tài)角的解算精度顯著提高。(2)產(chǎn)品運動軌跡算法的研究,基于產(chǎn)品相對坐標系的運動關系,推導了地理坐標系下的產(chǎn)品加速度基本矩陣方程,并用姿態(tài)矩陣轉(zhuǎn)換并融合產(chǎn)品初始位置信息得出相應的加速度計算公式,進一步通過迭代法并融合深度信息來推導得出產(chǎn)品軌跡的兩種解算模型,通過仿真實驗分析,得到了產(chǎn)品運動的軌跡曲線。仿真結果表明了模型的解算結果與真實曲線相比保持了較好的一致性。(3)通過對水下平臺布放實驗進行分析,實驗結果驗證了姿態(tài)和軌跡解算算法的正確性。
[Abstract]:As an important tool for the development of marine resources, it is of great significance to accurately measure the motion attitude and trajectory of underwater products for ocean exploration. Therefore, it is the key to study the attitude and trajectory of the product to calculate the motion of the product. In order to meet the need of underwater measurement of a product, this paper proposes to use MTI inertial measurement sensor and pressure sensor to measure the parameters of triaxial acceleration, angular velocity, magnetic field intensity and water depth respectively. A new scheme for measuring product attitude and motion trajectory is realized by using quaternion method and Kalman filter fusion algorithm. This paper mainly discusses the following aspects: (1) the research of product attitude algorithm. Based on the reference coordinate system and attitude definition of product attitude, the whole structure of attitude algorithm is put forward: initial attitude alignment, updating attitude information with gyro data, Discrete Kalman filter (DKF) fusion system parameters estimate the optimal attitude angle of the product. Different gyro data updating algorithms are analyzed and simulated, and compared with the standard attitude. Finally, the quaternion Runge-Kutta algorithm is selected in combination with engineering practicability. A discrete Kalman filter data fusion algorithm model is proposed for the large error of the attitude solution using the quaternion method. The simulation results show that the algorithm is processed by the fusion algorithm. The precision of attitude angle calculation is improved significantly. (2) the basic matrix equation of product acceleration in geographical coordinate system is derived based on the motion relation of product relative coordinate system. The corresponding acceleration calculation formula is obtained by using attitude matrix transformation and fusion of the initial position information of the product. Furthermore, through iterative method and fusion of depth information, two kinds of computing models of product trajectory are derived, and the simulation experiments are carried out. The trajectory curve of the product motion is obtained. The simulation results show that the solution of the model is consistent with the real curve. (3) through the analysis of the underwater platform placement experiment, the experimental results verify the correctness of the attitude and trajectory algorithm.
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P715.5

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本文編號：2133507