本文針對一種新型無人旋翼機的應用需求,對多傳感器數(shù)據(jù)融合技術進行研究,重點設計了姿態(tài)濾波器和組合導航系統(tǒng)。本文首先對課題中使用到的傳感器的輸出模型進行研究,并設計了在線標定軟件,減小了傳感器的零偏誤差和線性誤差對傳感器精度的影響。針對實際工程對實時性要求高的特點,本文采用姿態(tài)四元數(shù)法建立了擴展卡爾曼濾波器(EKF)的狀態(tài)方程和觀測方程,以角速率陀螺參與時間更新,加速度計和磁航向計參與量測更新的方式完成姿態(tài)濾波。本文基于反饋校正法的原理選取了組合導航系統(tǒng)的狀態(tài)變量,刪減了傳統(tǒng)組合導航系統(tǒng)中對姿態(tài)誤差角的估計,簡化了組合導航系統(tǒng)的狀態(tài)方程,減輕了導航計算機的負擔。本文對卡爾曼濾波器的結(jié)構(gòu)進行改進,并應用于姿態(tài)濾波和組合導航。改進的卡爾曼濾波器將對系統(tǒng)的量測傳感器進行檢查,并針對不同程度的干擾對卡爾曼濾波器的結(jié)構(gòu)做出不同程度的調(diào)整。由于長時間的大擾動將迫使系統(tǒng)只進行時間更新,會帶來較大的積分誤差,因此擾動消失后,改進結(jié)構(gòu)的卡爾曼濾波器將使用強跟蹤卡爾曼濾波器對系統(tǒng)進行快速恢復。另外,改進結(jié)構(gòu)的卡爾曼濾波器將采用濾波發(fā)散判據(jù)對濾波系統(tǒng)進行健康檢查,在必要時使用強跟蹤濾波器進行發(fā)散抑制,彌補擴展... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
注釋表
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 無人旋翼機發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 無人旋翼機導航系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 多傳感器數(shù)據(jù)融合的研究現(xiàn)狀
    1.3 論文內(nèi)容安排
    1.4 本章小結(jié)
第二章 無人旋翼機傳感器系統(tǒng)的搭建及標定
    2.1 無人旋翼機的傳感器系統(tǒng)設計
    2.2 加速度計的輸出模型建立及標定
        2.2.1 加速度計的輸出模型
        2.2.2 加速度計的標定原理及在線標定軟件設計
    2.3 角速率陀螺的輸出模型建立及標定
        2.3.1 角速率陀螺的輸出模型
        2.3.2 角速率陀螺的標定原理及在線標定軟件設計
    2.4 磁航向計的輸出模型建立及標定
        2.4.1 磁航向計的輸出模型
        2.4.2 磁航向計的標定原理及在線標定軟件設計
    2.5 差分GPS輸出模型的建立
    2.6 無線電高度表的輸出模型
        2.6.1 無線電高度表的輸出模型及選型
        2.6.2 幾種常用高度的概念及其轉(zhuǎn)換
    2.7 本章小結(jié)
第三章 多傳感器融合技術在無人機姿態(tài)濾波中的應用
    3.1 加速度計-磁航向計測姿原理
        3.1.1 加速度計測姿原理
        3.1.2 磁航向計計測姿原理
    3.2 基于角速率陀螺儀和四元數(shù)法的姿態(tài)解算原理
        3.2.1 四元數(shù)姿態(tài)解算原理
        3.2.2 動態(tài)情況下純陀螺儀解算結(jié)果分析
    3.3 卡爾曼濾波
        3.3.1 最優(yōu)估計卡爾曼濾波
        3.3.2 擴展卡爾曼線性濾波
        3.3.3 強跟蹤卡爾曼濾波器
    3.4 多傳感器姿態(tài)融合系統(tǒng)設計
        3.4.1 多傳感器姿態(tài)融合系統(tǒng)設計
        3.4.2 系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立
        3.4.3 系統(tǒng)觀測方程的建立
    3.5 改進結(jié)構(gòu)的EKF算法在姿態(tài)濾波中的應用
        3.5.1 姿態(tài)濾波中改進的EKF算法設計
        3.5.2 微干擾下的觀測協(xié)方差校正
        3.5.3 強震動或大機動下加速度計觀測的切除
        3.5.4 強磁場干擾下磁航向計觀測的切除
        3.5.5 強跟蹤濾波對故障消失后的快速性校正及發(fā)散抑制
    3.6 本章小結(jié)
第四章 無人旋翼機的多傳感器組合導航系統(tǒng)設計
    4.1 捷聯(lián)式慣性導航的速度和位置更新
        4.1.1 捷聯(lián)式慣性導航的速度更新
        4.1.2 捷聯(lián)式慣性導航的位置更新
    4.2 多傳感器組合導航系統(tǒng)模型建立
        4.2.1 組合導航系統(tǒng)狀態(tài)變量選取
        4.2.2 組合導航系統(tǒng)狀態(tài)方程的建立
        4.2.3 組合導航系統(tǒng)量測方程的建立
        4.2.4 組合導航系統(tǒng)參數(shù)校正
    4.3 改進結(jié)構(gòu)的卡爾曼濾波在組合導航系統(tǒng)中的應用
        4.3.1 組合導航中改進的EKF算法設計
        4.3.2 GPS無法定位且高度低于300 米時的量測裁剪
        4.3.3 GPS無法定位且高度大于300 米時的量測切除
        4.3.4 強跟蹤濾波對故障消失后的快速校正及發(fā)散抑制
    4.4 本章小結(jié)
第五章 實驗平臺搭建及實驗結(jié)果分析
    5.1 組合導航系統(tǒng)半物理仿真平臺設計
    5.2 慣導/組合導航計算機系統(tǒng)設計
    5.3 實驗及仿真結(jié)果分析
        5.3.1 慣導/組合導航系統(tǒng)半物理仿真結(jié)果及性能分析
        5.3.2 改進結(jié)構(gòu)的卡爾曼濾波算法實驗結(jié)果及性能分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 主要工作總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作及展望
參考文獻
致謝
在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文


【參考文獻】：
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本文編號：2916116