發(fā)布時(shí)間：2019-10-14 20:33

【摘要】：偏振光導(dǎo)航是利用大氣中偏振光分布模式的規(guī)律進(jìn)行導(dǎo)航的。與傳統(tǒng)的導(dǎo)航方法相比較,有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),如抗電磁干擾、誤差不隨時(shí)間累積等,是一種新型的仿生導(dǎo)航方法。本文以新型的仿生微納偏振光傳感器導(dǎo)航應(yīng)用為背景,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種運(yùn)用偏振光傳感器組合導(dǎo)航的四旋翼飛行器。首先研究了仿生偏振光傳感器的工作原理,并給出了其作為四旋翼導(dǎo)航基礎(chǔ)的必要條件,為之后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更多的設(shè)計(jì)參數(shù)。其次,設(shè)計(jì)了基于偏振光傳感器導(dǎo)航的飛行控制系統(tǒng)的總體方案,搭建了四旋翼飛行測(cè)試平臺(tái),包括對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)和飛控硬件模塊的選型與電路設(shè)計(jì)。然后,根據(jù)偏振光傳感器導(dǎo)航的必要條件,對(duì)飛控系統(tǒng)及軟件進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。給出了偏振光傳感器的偏航角數(shù)據(jù)的獲取流程與處理程序算法、實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)初始化和接入偏振光傳感器數(shù)據(jù)的功能。將獲取的傳感器信息融合后,通過(guò)方向余弦矩陣進(jìn)行姿態(tài)解算得到飛行所需的姿態(tài)角參數(shù)。采用PID控制算法對(duì)四旋翼姿態(tài)控制回路進(jìn)行了設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)出了與姿態(tài)控制對(duì)應(yīng)的姿態(tài)自穩(wěn)和偏航保持飛行模式。位置控制回路采用姿態(tài)內(nèi)環(huán),位置外環(huán)的設(shè)計(jì)思路,并設(shè)計(jì)出與此對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)懸停飛行模式。對(duì)于此模式產(chǎn)生的漩渦飛行問(wèn)題進(jìn)行了仿真,得出了最佳的偏航角誤差范圍,并通過(guò)相應(yīng)的誤差校準(zhǔn)程序進(jìn)行補(bǔ)償消除。最后,通過(guò)實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn),對(duì)基于偏振光傳感器導(dǎo)航的飛行模式與基于數(shù)字羅盤(pán)導(dǎo)航的飛行模式的性能進(jìn)行了對(duì)比。首先測(cè)試了姿態(tài)自穩(wěn)手動(dòng)飛行的控制響應(yīng),調(diào)整PID參數(shù)到使其穩(wěn)定飛行。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于偏振光傳感器的偏航保持飛行模式測(cè)試,使其偏航角能夠保持在允許的誤差范圍內(nèi)。然后在有電磁干擾情況下測(cè)試了基于偏振光傳感器和基于數(shù)字羅盤(pán)的定點(diǎn)懸停和預(yù)定航線的自動(dòng)飛行模式。測(cè)試表明在有電磁干擾的環(huán)境中,應(yīng)用偏振光傳感器對(duì)四旋翼進(jìn)行導(dǎo)航有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V249

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 熊波;萬(wàn)衛(wèi)星;寧百齊;胡連歡;丁鋒;趙必強(qiáng);李建勇;;基于北斗、GLONASS和GPS系統(tǒng)的中低緯電離層特性聯(lián)合探測(cè)[J];地球物理學(xué)報(bào);2014年11期

2 張鐳;李浩;;四旋翼飛行器模糊PID姿態(tài)控制[J];計(jì)算機(jī)仿真;2014年08期

3 趙開(kāi)春;盧皓;尤政;;天空光偏振模式自動(dòng)探測(cè)裝置[J];光學(xué)精密工程;2013年02期

4 江云秋;高曉穎;蔣彭龍;;基于偏振光的導(dǎo)航技術(shù)研究[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2011年03期

5 關(guān)桂霞;晏磊;陳家斌;吳太夏;吳波;;天空偏振光分布的實(shí)驗(yàn)研究[J];兵工學(xué)報(bào);2011年04期

6 王玲玲;富立;陳三;;基于低成本IMU的捷聯(lián)航姿系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2009年04期

7 趙運(yùn)婷;李輝;;基于AVR單片機(jī)的數(shù)字式氣壓高度計(jì)設(shè)計(jì)[J];天津工程師范學(xué)院學(xué)報(bào);2009年02期

8 胡中華;趙敏;姚敏;撒鵬飛;;無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃技術(shù)研究及發(fā)展趨勢(shì)[J];航空電子技術(shù);2009年02期

9 趙開(kāi)春;褚金奎;張強(qiáng);王體昌;;新型仿生偏振測(cè)角傳感器及角度誤差補(bǔ)償算法[J];宇航學(xué)報(bào);2009年02期

10 周軍;劉瑩瑩;;基于自然偏振光的自主導(dǎo)航新方法研究進(jìn)展[J];宇航學(xué)報(bào);2009年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 林金金;張旭東;高雋;紀(jì)松;;理想情況下大氣偏振信息的計(jì)算與仿真研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)第十二屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 楊艷娟;捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2001年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 賈燕波;四旋翼飛行器控制算法的研究[D];山東師范大學(xué);2015年

2 馬春林;基于偏振光傳感器的四旋翼實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2015年

3 李華鈞;四旋翼無(wú)人飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京交通大學(xué);2015年

4 楊帆;微型四旋翼飛行器的建模與控制系統(tǒng)研究[D];太原理工大學(xué);2014年

5 華宗治;基于偏振光的無(wú)人機(jī)導(dǎo)航平臺(tái)設(shè)計(jì)[D];大連理工大學(xué);2014年

6 胡琦逸;四旋翼飛行器的姿態(tài)估計(jì)與優(yōu)化控制研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

7 凌金福;四旋翼飛行器飛行控制算法的研究[D];南昌大學(xué);2013年

8 譚廣超;四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];大連理工大學(xué);2013年

9 董歡歡;小型無(wú)人機(jī)三維可視化地面監(jiān)控系統(tǒng)研究[D];大連理工大學(xué);2013年

10 劉輝邦;面向偏振光傳感器的無(wú)人機(jī)導(dǎo)航平臺(tái)開(kāi)發(fā)[D];大連理工大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：2549443