微機電系統(tǒng)（MEMS）和嵌入式系統(tǒng)的迅猛發(fā)展帶來了無人駕駛飛機（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）研究和應用領域爆發(fā)式的發(fā)展,小型無人直升機具有起降方便、懸停、機動性能好、續(xù)航時間較長和載荷較大的特點。傳統(tǒng)的小型無人直升機通常通過人工操作在視線范圍內飛行,唯一的位置信息來源于衛(wèi)星導航系統(tǒng)。隨著行業(yè)應用的發(fā)展,無人直升機需要在更加復雜多變的場合中完成難度系數(shù)更高的任務,對于小型無人直升機自主定位和自主導航的需求不斷增加。因此有必要對小型無人直升機導航與定位系統(tǒng)進行深入研究,通過組合導航方法提高定位結果的準確性和魯棒性,并以此為基礎進行相關無人機軌跡規(guī)劃算法,完全實現(xiàn)自主導航功能。本文設計與實現(xiàn)了一套高集成度小型無人直升機導航定位系統(tǒng),并且對低成本多傳感器組合導航定位算法進行研究,在組合導航定位算法的基礎上研究小型無人直升機最優(yōu)軌跡規(guī)劃相關算法,使得小型無人直升機具備完成相應任務的能力。本文主要研究內容如下:（1）根據(jù)課題需求自主設計了一套基于MCU、MEMS IMU、電子羅盤、氣壓計、激光雷達以及GPS低成本小型無人直升機導航定位系統(tǒng),并在此平臺上對論文中研究的算法... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 組合導航研究現(xiàn)狀
        1.2.2 軌跡規(guī)劃算法研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內容及安排
    1.4 課題來源
第二章 導航定位系統(tǒng)架構與理論基礎
    2.1 硬件選型與集成設計
    2.2 系統(tǒng)軟件程序設計
    2.3 導航定位理論基礎
        2.3.1 坐標系定義
        2.3.2 直升機姿態(tài)表示
        2.3.3 地球中心坐標系(ECEF)與當?shù)厮阶鴺讼?NED)之間的數(shù)據(jù)轉換
    2.4 本章小結
第三章 多源信息融合的組合導航算法設計
    3.1 捷聯(lián)式慣性導航方程
        3.1.1 姿態(tài)更新算法
        3.1.2 速度更新算法
        3.1.3 位置更新算法
    3.2 Kalman濾波算法基礎
        3.2.1 線性離散卡爾曼濾波
        3.2.2 擴展卡爾曼濾波
    3.3 二十二階擴展Kalman濾波器設計
    3.4 狀態(tài)初始化與桿臂效應
    3.5 本章小結
第四章 多源信息融合的組合導航算法優(yōu)化
    4.1 序貫觀測更新
    4.2 傳感器延時處理
    4.3 數(shù)據(jù)異常檢測與處理
    4.4 Q陣與R陣選取
    4.5 組合導航實驗結果與分析
    4.6 本章小結
第五章 無人直升機最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法
    5.1 最優(yōu)軌跡規(guī)劃數(shù)學模型和描述
    5.2 時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃
    5.3 距離最優(yōu)軌跡規(guī)劃
        5.3.1 Dubins曲線軌跡的最優(yōu)問題描述
        5.3.2 Dubins曲線軌跡解析形式
    5.4 Minimum snap最優(yōu)軌跡規(guī)劃
        5.4.1 微分平坦理論
        5.4.2 基于多項式曲線的Minimum snap軌跡規(guī)劃
    5.5 本章小結
第六章 最優(yōu)軌跡規(guī)劃算法仿真與實驗
    6.1 Dubins曲線仿真與試飛
        6.1.1 點對點軌跡飛行
        6.1.2 圓弧軌跡飛行
        6.1.3 Dubins軌跡飛行
    6.2 Minimum snap最優(yōu)軌跡規(guī)劃仿真
        6.2.1 快速搜索隨機圖RRG
        6.2.2 Kd樹最近鄰搜索
        6.2.3 基于飛行廊道Minimum snap軌跡規(guī)劃仿真
    6.3 本章小結
總結與展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于模擬退火算法的機器人路徑規(guī)劃與研究[J]. 徐鵬.  科技廣場. 2011(01)
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[5]基于改進蟻群算法的無人機三維航路規(guī)劃[J]. 陳謀,肖健,姜長生.  吉林大學學報(工學版). 2008(04)
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[8]動態(tài)未知環(huán)境下一種Hopfield神經網絡路徑規(guī)劃方法[J]. 樊長虹,陳衛(wèi)東,席裕庚.  控制理論與應用. 2004(03)
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博士論文
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[2]全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)輔助與增強定位技術研究[D]. 張光華.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[3]慣性輔助GPS深組合導航系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 胡銳.南京理工大學 2010
[4]車載自主定位定向系統(tǒng)研究[D]. 嚴恭敏.西北工業(yè)大學 2006

碩士論文
[1]無人機多源信息融合容錯組合導航研究[D]. 李勝男.南京航空航天大學 2017
[2]基于MEMS低成本微型捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)研究[D]. 王守寬.北京理工大學 2016
[3]小型無人直升機路徑規(guī)劃設計與實現(xiàn)[D]. 吳毅彬.華南理工大學 2013
[4]基于微分平坦理論的飛行器軌跡規(guī)劃方法研究[D]. 張超杰.國防科學技術大學 2010
[5]GPS在微型無人機導航定位中的研究與應用[D]. 龔真春.浙江大學 2005



本文編號：3472388