【摘要】：導航技術(shù)是無人機系統(tǒng)的重要組成部分之一,隨著人類社會發(fā)展和科學進步,傳統(tǒng)的導航方式已經(jīng)不能滿足各行各業(yè)對導航技術(shù)更高性能的要求。除改進導航傳感器制造工藝以提高測量精度外,研究全新的導航方式備受關(guān)注。近些年來,昆蟲利用天空中穩(wěn)定分布的偏振模式進行導航的現(xiàn)象不斷被人們發(fā)現(xiàn),作為地球的自然屬性之一,偏振光導航具有強自主性、成本低、分布穩(wěn)定等優(yōu)點,無論是民用和軍用都有著廣闊的應用前景。針對這一背景,本文提出了兩種基于偏振光的導航定姿方法,為無人機導航提供新的思路。本文首先分析了偏振光形成原理和大氣偏振模式分布規(guī)律,為偏振信息獲取和后續(xù)基于偏振光定姿方法打下理論基礎(chǔ)。并分析了偏振光傳感器測量原理,指出其存在測角模糊性,提出利用陀螺儀協(xié)助偏振光傳感器實現(xiàn)量程擴展的方法,并通過實驗驗證了該方法的可行性�；赑aparazzi開源社區(qū),設(shè)計了小型無人機實驗平臺,詳細介紹小型無人機實驗平臺的軟硬件組成部分,該飛控系統(tǒng)中使用磁力計與慣導組成航姿參考系統(tǒng)。進行相關(guān)傳感器校準之后,該實驗平臺能夠較好的完成自主飛行實驗,按照預定軌跡飛行。通過仿真實驗和實際實驗表明該航姿參考系統(tǒng)能夠準確的輸出姿態(tài)角,能夠為后續(xù)驗證基于偏振光傳感器的測角方法提供參考值。設(shè)計了一種利用偏振光傳感器與慣導組合的定姿方法,利用自適應互補濾波算法進行姿態(tài)解算。主要利用陀螺儀、加速度計和偏振光傳感器在頻域上的特性,分別設(shè)計低通濾波器和高通濾波器進行信息融合,并針對加速度計測角時易受運動加速度干擾和偏振光傳感器易受外界因素干擾的現(xiàn)象,設(shè)計了自適應補償系數(shù)策略。通過實驗表明該算法能夠有效解決陀螺儀測角時存在誤差累計問題,并具有強魯棒性,計算簡單等優(yōu)點。提出了一種僅利用偏振光傳感器實現(xiàn)全姿態(tài)角解算的方法。利用偏振光傳感器量測太陽矢量在載體坐標系中的投影,并根據(jù)觀測點所在位置的經(jīng)緯度和觀測時間解算出太陽矢量在導航坐標系中的投影,利用太陽矢量在不同坐標系中投影解算姿態(tài)矩陣計算三個姿態(tài)角。相比較于僅利用偏振光傳感器測量航向角,該方法擴展了偏振光傳感器的使用范圍,能夠取代其他測角傳感器的應用。為無人機提供一種全新的導航方法。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V249.3

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本文編號：2701657