本文關鍵詞：無人機組合導航系統(tǒng)算法設計與整體仿真實現(xiàn)

  更多相關文章： 慣性導航 組合導航 聯(lián)邦濾波 模式選擇 仿真實現(xiàn)

【摘要】：近年來,無人機被應用在越來越多的領域中,應用的環(huán)境也變得復雜多變,這迫使無人機導航技術持續(xù)快速發(fā)展,傳統(tǒng)的慣性/衛(wèi)星組合導航模式由于衛(wèi)星信號容易被遮擋,而不能總是滿足無人機在導航的過程中對準確性和靈活性的需求。隨著數(shù)字圖像處理與計算機視覺技術的飛速進步,視覺作為一種新的導航方式逐漸成為了導航領域的寵兒,作為無人機導航過程中的輔助系統(tǒng),輔助慣性系統(tǒng)與衛(wèi)星系統(tǒng)完成導航任務,使得導航過程中系統(tǒng)的高效性、容錯性與魯棒性顯著增強。本文面向無人機在導航過程中的實際工程需求,設計簡單、高效的捷聯(lián)式慣性導航算法、以及慣性/衛(wèi)星和慣性/視覺的組合導航算法,并在此基礎上基于聯(lián)邦濾波設計了慣性/衛(wèi)星/視覺組合導航算法。通過一組實測數(shù)據(jù)對設計的捷聯(lián)慣導算法和慣性/衛(wèi)星組合導航算法做實測分析來驗證算法的可行性和高效性,同時通過一組仿真軌跡對慣性/衛(wèi)星、慣性/視覺和慣性/衛(wèi)星/視覺三種不同的組合導航算法做了仿真分析,并根據(jù)仿真結果曲線對三種組合導航算法的性能作對比分析,找到各自的優(yōu)缺點,為實際的工程實踐提供參考。最后規(guī)劃仿真軌跡,設計導航組合模式選擇方案,并以VC為開發(fā)環(huán)境,融合MATLAB對無人機導航系統(tǒng)進行仿真實現(xiàn),同時調(diào)用OpenGL庫對導航結果整體演示。本文設計無人機組合導航算法并進行整體仿真實現(xiàn)的目的有兩方面,一方面是為無人機的導航過程設計面向工程實踐的簡單、高效并且容錯性較高的三種組合導航算法,供其進行選擇和應用。另一方面為無人機組合導航系統(tǒng)的整體設計和更高水平導航算法的開發(fā)提供仿真測試與驗證的平臺,以減少設計的成本和工作時間。
【關鍵詞】：慣性導航 組合導航 聯(lián)邦濾波 模式選擇 仿真實現(xiàn)
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V279;V249.328
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 慣性/衛(wèi)星組合導航研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 慣性/視覺組合導航研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 慣性/衛(wèi)星/視覺組合導航研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容13-15
• 第2章 組合導航基本理論15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 慣性導航基本原理與誤差分析15-20
• 2.2.1 常用坐標系簡介15-16
• 2.2.2 捷聯(lián)式慣性導航基本原理16-17
• 2.2.3 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的誤差分析17-20
• 2.3 衛(wèi)星導航基本原理與誤差分析20-21
• 2.3.1 衛(wèi)星導航系統(tǒng)基本原理20
• 2.3.2 衛(wèi)星導航系統(tǒng)誤差分析20-21
• 2.4 視覺導航基本原理與誤差分析21-22
• 2.4.1 視覺導航系統(tǒng)基本原理21-22
• 2.4.2 視覺導航系統(tǒng)誤差分析22
• 2.5 組合導航系統(tǒng)的濾波方法22-27
• 2.5.1 卡爾曼濾波基本理論22-24
• 2.5.2 聯(lián)邦濾波基本理論24-27
• 2.6 無人機組合導航系統(tǒng)整體設計27-28
• 2.7 本章小結28-29
• 第3章 捷聯(lián)式慣性導航算法設計與分析29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 捷聯(lián)式慣性導航算法設計29-33
• 3.2.1 姿態(tài)解算29-31
• 3.2.2 速度更新31-32
• 3.2.3 位置更新32
• 3.2.4 捷聯(lián)式慣性導航算法設計流程32-33
• 3.3 捷聯(lián)式慣性導航算法的仿真分析33-36
• 3.4 捷聯(lián)慣導系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)處理與分析36-46
• 3.4.1 實測數(shù)據(jù)的測試狀態(tài)與預處理36-42
• 3.4.2 靜態(tài)條件下慣導算法的實測分析42-44
• 3.4.3 全過程下慣導算法的實測分析44-46
• 3.5 本章小結46-47
• 第4章 組合導航系統(tǒng)算法設計與分析47-73
• 4.1 引言47
• 4.2 慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)算法設計與分析47-62
• 4.2.1 組合導航的組合模式47-48
• 4.2.2 組合導航的狀態(tài)方程48-50
• 4.2.3 組合導航的量測方程50-51
• 4.2.4 組合導航的濾波修正方式51-52
• 4.2.5 靜態(tài)條件下系統(tǒng)的仿真分析52-56
• 4.2.6 實測數(shù)據(jù)靜態(tài)條件下系統(tǒng)的測試與分析56-60
• 4.2.7 實測數(shù)據(jù)全過程下系統(tǒng)的測試與分析60-62
• 4.3 慣性/視覺組合導航系統(tǒng)算法設計與分析62-67
• 4.3.1 組合導航的組合模式62
• 4.3.2 視覺坐標系下的慣導輸出解算62-64
• 4.3.3 組合導航的量測方程64-65
• 4.3.4 靜態(tài)條件下系統(tǒng)的仿真分析65-67
• 4.4 慣性/衛(wèi)星/視覺組合導航系統(tǒng)算法設計與分析67-72
• 4.4.1 組合導航的組合模式67-68
• 4.4.2 組合導航的數(shù)學模型68-69
• 4.4.3 靜態(tài)條件下系統(tǒng)的仿真分析69-72
• 4.5 本章小結72-73
• 第5章 無人機組合導航系統(tǒng)整體仿真實現(xiàn)73-91
• 5.1 引言73
• 5.2 系統(tǒng)整體實現(xiàn)的方案設計73-76
• 5.2.1 VC與MATALB的混合編程73-74
• 5.2.2 系統(tǒng)整體實現(xiàn)方案74-76
• 5.3 飛行軌跡的規(guī)劃與實現(xiàn)76-80
• 5.3.1 運行狀態(tài)規(guī)劃76-77
• 5.3.2 速度、位置規(guī)劃77-78
• 5.3.3 姿態(tài)規(guī)劃78
• 5.3.4 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)78-80
• 5.4 系統(tǒng)子模塊的設計與實現(xiàn)80-85
• 5.4.1 陀螺儀模塊80-81
• 5.4.2 加速度計模塊81-82
• 5.4.3 模擬衛(wèi)星導航模塊82-83
• 5.4.4 模擬視覺導航模塊83-85
• 5.5 組合模式選擇模塊的設計與實現(xiàn)85-86
• 5.6 組合導航系統(tǒng)的輸出演示86-90
• 5.7 本章小結90-91
• 結論91-92
• 參考文獻92-96
• 致謝96

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 辛健成;美國海軍無人機發(fā)展歷程[J];機器人技術與應用;2000年05期

2 時兆峰;以色列組建專門的無人機管理部門[J];飛航導彈;2001年10期

3 徐文;俄羅斯的無人機系統(tǒng)——格蘭特[J];飛航導彈;2003年07期

4 何一波;各國使用的主要輕型無人機[J];飛航導彈;2003年11期

5 馬曉平;系統(tǒng)工程學在無人機研制中的應用[J];航空科學技術;2003年04期

6 柯邊;“影子200”戰(zhàn)術無人機[J];航天電子對抗;2003年06期

7 溫羨嶠,李英;從美國無人機的發(fā)展來看無人機在未來戰(zhàn)爭中的應用前景[J];現(xiàn)代防御技術;2003年05期

8 王永壽;日本無人機的研究開發(fā)現(xiàn)狀與動向[J];飛航導彈;2003年08期

9 袁剛輝;徐志紅;;不斷壯大的俄羅斯無人機家族[J];現(xiàn)代兵器;2003年02期

10 徐文;俄羅斯無人機的發(fā)展現(xiàn)狀[J];飛航導彈;2004年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王林;張慶杰;朱華勇;沈林成;;遠程異地多無人機系統(tǒng)控制權切換技術研究[A];2009中國控制與決策會議論文集（3）[C];2009年

2 譚健美;張琚;閆娟;;信息無人機系統(tǒng)——無人機發(fā)展史上新的里程碑[A];第二屆中國航空學會青年科技論壇文集[C];2006年

3 黃愛鳳;鄧克緒;;民用無人機發(fā)展現(xiàn)狀及關鍵技術[A];第九屆長三角科技論壇——航空航天科技創(chuàng)新與長三角經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展分論壇論文集[C];2012年

4 劉長亮;;無人機發(fā)動機氣道開度自適應機構的設計與實現(xiàn)[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第三分冊）[C];2009年

5 丁霖;;無人機系統(tǒng)人機交互界面淺析[A];探索 創(chuàng)新 交流（第4集）——第四屆中國航空學會青年科技論壇文集[C];2010年

6 劉澤坤;呂繼淮;;艦載無人機系統(tǒng)的環(huán)境適應性[A];人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程創(chuàng)立20周年紀念大會暨第五屆全國人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程學術會議論文集[C];2001年

7 葉烽;宋祖勛;;無人機系統(tǒng)電磁兼容性測試研究[A];第十四屆全國電磁兼容學術會議論文集[C];2004年

8 易當祥;呂國志;沈玲玲;;多級路況下車載無人機疲勞載荷仿真[A];第十二屆全國疲勞與斷裂學術會議論文集[C];2004年

9 錢正祥;金繼才;楊鷺怡;;未來局部戰(zhàn)爭中反無人機作戰(zhàn)對策研究[A];探索創(chuàng)新交流－－中國航空學會青年科技論壇文集[C];2004年

10 高鵬騏;晏磊;趙紅穎;何定洲;;無人機遙感控制平臺的設計與實現(xiàn)[A];第十五屆全國遙感技術學術交流會論文摘要集[C];2005年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 洪山;法國、德國和西班牙簽約共同研發(fā)三國無人機系統(tǒng)[N];中國航空報;2007年

2 崔璽康;對抗無人機所面臨的新挑戰(zhàn)[N];中國航空報;2007年

3 林英;無人機將進入現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)領域[N];光明日報;2007年

4 本報記者 陳永杰　馬佳;中國無人機亮相：戰(zhàn)爭“零傷亡”將實現(xiàn)[N];北京科技報;2008年

5 祖茜楓;“綜合者”：攜帶小導彈的小無人機[N];中國國防報;2008年

6 王磊;印度期望打造強大無人機部隊[N];學習時報;2009年

7 李荔;無人機“俯瞰”黃河災情[N];北京科技報;2011年

8 本報記者 宋斌斌;我國無人機應用高端化趨勢明顯[N];中國工業(yè)報;2011年

9 吳飛;反恐十年無人機扶搖直上[N];中國航空報;2011年

10 司古;美無人機遭神秘病毒入侵[N];國防時報;2011年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉洋;動態(tài)環(huán)境中的無人機路徑規(guī)劃研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

2 高九州;無人機自主著陸控制[D];中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所);2016年

3 楊永明;無人機遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與處理關鍵技術研究[D];昆明理工大學;2016年

4 孫小雷;基于多階段航跡預測的無人機任務規(guī)劃方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

5 陳巖;蟻群優(yōu)化理論在無人機戰(zhàn)術控制中的應用研究[D];國防科學技術大學;2007年

6 林林;基于協(xié)同機制的多無人機任務規(guī)劃研究[D];北京郵電大學;2013年

7 劉春陽;無人機隱身技術若干問題研究[D];西安電子科技大學;2012年

8 王小剛;非線性濾波方法在無人機相對導航上的應用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

9 黃國勇;變推力軸線無人機飛行控制技術研究[D];南京航空航天大學;2009年

10 鄭維剛;基于無人機紅外影像技術的配電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙敏;分布式多類型無人機協(xié)同任務分配研究及仿真[D];南京理工大學;2009年

2 劉志花;無人機故障預測與健康管理技術研究[D];北京化工大學;2010年

3 劉愛兵;可變形無人機設計[D];南京航空航天大學;2009年

4 易姝姝;無人機飛行場景及數(shù)據(jù)的可視化仿真與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2010年

5 張佳璐;無人機項目綜合評價研究[D];北京郵電大學;2011年

6 趙志鴻;某型無人機雙發(fā)火箭助推發(fā)射動力學建模與仿真研究[D];南京理工大學;2007年

7 李建華;某無人機發(fā)射系統(tǒng)技術研究[D];南京理工大學;2008年

8 戴世通;無人機飛行可視化仿真系統(tǒng)設計[D];西安理工大學;2008年

9 曹攀峰;敵對與非敵對環(huán)境下無人機群的協(xié)同搜索路徑與策略研究[D];復旦大學;2010年

10 張錫憲;無人機測控中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2009年

，

本文編號：608404