【摘要】：近年來(lái),伴隨著無(wú)人機(jī)相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使其應(yīng)用領(lǐng)域日益拓寬,已從早期的軍事領(lǐng)域拓展至民用領(lǐng)域,從室外應(yīng)用拓展至室內(nèi)應(yīng)用。近年來(lái)室內(nèi)無(wú)人機(jī)慢慢嶄露頭角,如應(yīng)用在餐飲、倉(cāng)儲(chǔ)、辦公等行業(yè),預(yù)計(jì)未來(lái)將有更加廣闊的應(yīng)用空間。而與空曠開(kāi)闊的室外環(huán)境相比,室內(nèi)環(huán)境狹窄復(fù)雜,因此為了使無(wú)人機(jī)能更好的用于室內(nèi)環(huán)境,就需要更加精確的定位技術(shù)支持,而成熟的室外全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS),因建筑物遮擋阻隔使得衛(wèi)星信號(hào)快速衰減,甚至完全拒止,無(wú)法滿足室內(nèi)場(chǎng)景中定位的需要。同時(shí),因無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜,現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)很難更好的適用于無(wú)人機(jī)定位,因此,使得無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位技術(shù)的研究成為業(yè)界和學(xué)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來(lái),雖然有少量關(guān)于無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位技術(shù)研究的成果,但大多限于理論研究層面,真正付諸實(shí)用的還鮮有報(bào)道。因此,探索研究實(shí)用性強(qiáng)、定位精度高的無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了進(jìn)一步提高無(wú)人機(jī)在室內(nèi)場(chǎng)景中的定位精度,本文提出一種將新興的超寬帶(Ultra Wide Band,UWB)室內(nèi)定位技術(shù)與基于機(jī)器視覺(jué)的光流定位技術(shù)相結(jié)合,將二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),利用聯(lián)邦卡爾曼濾波進(jìn)行定位融合的新型無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位方法。其中,超寬帶定位采用了基于到達(dá)時(shí)間(Time Of Arrival,TOA)的圓周定位算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人機(jī)在視距條件下的厘米級(jí)定位,同時(shí),考慮到當(dāng)超寬帶信號(hào)傳播出現(xiàn)非視距情況時(shí),會(huì)給定位結(jié)果帶來(lái)較大的非視距誤差,引入具有位姿補(bǔ)償?shù)母呔裙饬鞫ㄎ凰惴ㄅc超寬帶定位算法相配合,為了能最大化發(fā)揮兩種定位方式的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提升定位算法性能,引入了含有兩個(gè)子卡爾曼濾波器的聯(lián)邦卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)光流定位與超寬帶定位兩種定位算法高效有機(jī)的濾波融合,同時(shí)結(jié)合基于交叉面積的非視距鑒別方法,對(duì)非視距徑進(jìn)行鑒別,并根據(jù)非視距鑒別結(jié)果,在聯(lián)邦卡爾曼濾波定位融合解算過(guò)程中,動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的調(diào)整聯(lián)邦卡爾曼濾波器的信息分配系數(shù)和超寬帶卡爾曼濾波器的測(cè)量誤差協(xié)方差矩陣,以保證定位融合的結(jié)果偏向更加準(zhǔn)確的定位方式。另外,由于光流定位和慣性導(dǎo)航定位一樣,隨著定位距離的增加,定位誤差將不斷累積,為此本文利用聯(lián)邦濾波定位融合結(jié)果對(duì)光流定位進(jìn)行定時(shí)補(bǔ)償,不斷修正光流定位結(jié)果,以保證定位精度。所提算法在沒(méi)有過(guò)多增加解算時(shí)間的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)無(wú)人機(jī)的較高精度的定位。為驗(yàn)證所提出的超寬帶定位融合光流定位的無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位方法的可行性和實(shí)用性,本文在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中搭建了超寬帶定位系統(tǒng),并利用配置有光流傳感器的四旋翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了室內(nèi)定位實(shí)驗(yàn),通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人機(jī)飛行軌跡的實(shí)時(shí)繪制及定位結(jié)果的記錄。通過(guò)對(duì)定位實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明,本文方法能很好的解決超寬帶定位中的非視距問(wèn)題,充分發(fā)揮超寬帶定位和光流定位各自的優(yōu)勢(shì),在保證定位實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提升了室內(nèi)無(wú)人機(jī)的定位精度。定位結(jié)果表明本文定位方法可以較好的滿足一般的室內(nèi)場(chǎng)景中無(wú)人機(jī)的定位要求。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.3
【圖文】：

TOA三維定位原理圖示

圖 2-2 視距條件下 TOA 定位示意圖境中，定位基站和標(biāo)簽間極大可能會(huì)存號(hào)不能沿直達(dá)路徑傳播，只能通過(guò)非視路徑的遮擋一般包括部分阻擋與完全阻寬帶信號(hào)在傳播的過(guò)程中發(fā)生的“穿越寬帶信號(hào)可能會(huì)穿越墻壁而到達(dá)標(biāo)簽，單純?cè)诳諝庵行。倚盘?hào)在穿越的過(guò)不同的延時(shí)，進(jìn)而引入非視距誤差[24]。完超寬帶信號(hào)完全的遮擋，此時(shí)超寬帶到達(dá)標(biāo)簽，由于傳播路徑大于直達(dá)路徑距傳播導(dǎo)致實(shí)際測(cè)得距離大大增加，三的坐標(biāo)位置將帶有很大的誤差，嚴(yán)重減少非視距誤差是超寬帶定位研究的重直接影響超寬帶定位的應(yīng)用推廣。

圖 2-3 非視距條件下 TOA 定位示意圖了超寬帶信號(hào)的非視距傳播引起的非差，多路徑傳播、多址干擾等因素也距引起的誤差是對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生影響^m n od d e e e實(shí)際測(cè)量距離；d 是基站到標(biāo)簽的實(shí)，主要由信號(hào)發(fā)生、接收、測(cè)量裝置的非視距誤差；oe 表示其他外部因素差 =0ne ，但是當(dāng)存在非視距時(shí) 0ne 提高超寬帶定位精度，減少非視距誤容。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2750302