發(fā)布時間：2017-09-12 18:19

  本文關(guān)鍵詞：基于偏振光傳感器的四旋翼實驗平臺設(shè)計實現(xiàn)

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【摘要】：本文主要的工作是設(shè)計并實現(xiàn)一種基于偏振光傳感器導(dǎo)航性能測試的四旋翼實驗平臺,首先完成了平臺的硬件軟件搭建和測試,然后搭載偏振光傳感器進行了飛行實驗,通過對偏振光傳感器測量的航向角數(shù)據(jù)進行分析,進而測試偏振光傳感器在實際導(dǎo)航中的性能。本文首先介紹了四旋翼的導(dǎo)航算法。實驗平臺通過姿態(tài)角從地坐標系轉(zhuǎn)換到機體坐標系得到方向余弦矩陣及其微分方程,利用陀螺儀和加速度傳感器測量的數(shù)據(jù)對方向余弦矩陣更新,解算機體姿態(tài)角；采用互補濾波算法,處理姿態(tài)信息,降低加速度傳感器的運動加速度噪聲和陀螺儀的漂移誤差；根據(jù)PID控制算法,設(shè)計姿態(tài)、高度、航向保持控制回路。實驗平臺硬件部分采用模塊化設(shè)計,處理器模塊采用ATmega2560芯片；傳感器模塊包括陀螺儀、加速度傳感器、氣壓高度計、GPS、地磁傳感器和偏振光傳感器；傳輸數(shù)據(jù)模塊主要負責(zé)機載平臺與地面站的實時通信；接口電路模塊負責(zé)外接設(shè)備與處理器通信；電源模塊為整個系統(tǒng)供電。實驗平臺軟件部分根據(jù)功能不同亦采用模塊化設(shè)計,主要包括程序初始化模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊,其中傳感器數(shù)據(jù)采集模塊包括偏振光傳感器、地磁傳感器、陀螺儀、加速度傳感器、氣壓傳感器和GPS。在主程序運行時,根據(jù)任務(wù)要求調(diào)用不同模塊。在搭建完成整個系統(tǒng)硬件和軟件的基礎(chǔ)上,對四旋翼實驗平臺的飛行性能和偏振光傳感器的導(dǎo)航性能進行測試。通過觀察分析實驗數(shù)據(jù),可得出以下結(jié)論：該實驗平臺機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可擴展性強、控制響應(yīng)迅速、飛行穩(wěn)定,可作為一個較為理想的實驗平臺；偏振光傳感器測量的航向角數(shù)據(jù)與參照傳感器航向角數(shù)據(jù)進行對比,結(jié)果表明偏振光傳感器測量精度較高、抗干擾能力較強,在飛行導(dǎo)航中具有很好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼實驗平臺 偏振導(dǎo)航 偏振光傳感器
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V216.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 選題背景及意義10-12
• 1.2 偏振光傳感器介紹12
• 1.3 四旋翼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 2 四旋翼實驗平臺工作原理17-34
• 2.1 動力飛行原理17-19
• 2.2 四旋翼飛行模型19-29
• 2.2.1 四旋翼飛行坐標系定義19-20
• 2.2.2 四旋翼姿態(tài)角定義20-22
• 2.2.3 方向余弦矩陣22-27
• 2.2.4 姿態(tài)解算27-29
• 2.3 互補濾波算法29-30
• 2.4 飛行控制原理30-33
• 2.4.1 PID原理30-32
• 2.4.2 飛行參數(shù)保持與控制32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 四旋翼實驗平臺方案設(shè)計34-39
• 3.1 實驗平臺基本原理介紹34
• 3.2 四旋翼實驗平臺總體方案設(shè)計34-36
• 3.2.1 地面站設(shè)計34-35
• 3.2.2 機載測試平臺35-36
• 3.3 四旋翼機體設(shè)計36-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 機載測試平臺硬件設(shè)計39-52
• 4.1 機載測試平臺硬件總體設(shè)計39
• 4.2 處理器模塊39-41
• 4.2.1 外接存儲器電路40-41
• 4.3 接口電路模塊41-44
• 4.3.1 UART接口電路41-42
• 4.3.2 I2C總線42-43
• 4.3.3 PPM接口電路43
• 4.3.4 PWM接口電路43-44
• 4.4 傳感器模塊44-48
• 4.4.1 陀螺儀和加速度傳感器44-46
• 4.4.2 氣壓高度傳感器46
• 4.4.3 GPS模塊46-47
• 4.4.4 地磁傳感器47-48
• 4.4.5 偏振光傳感器48
• 4.5 傳輸數(shù)據(jù)模塊48-50
• 4.5.1 數(shù)傳電臺模塊48-49
• 4.5.2 遙控器與接收機模塊49-50
• 4.6 電源模塊50-51
• 4.7 本章小結(jié)51-52
• 5 四旋翼實驗平臺軟件設(shè)計52-61
• 5.1 四旋翼實驗平臺總體設(shè)計52
• 5.2 程序初始化模塊52-54
• 5.3 傳感器數(shù)據(jù)采集模塊54-58
• 5.3.1 偏振光傳感器數(shù)據(jù)采集54
• 5.3.2 地磁傳感器數(shù)據(jù)采集54-55
• 5.3.3 姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)采集55
• 5.3.4 氣壓傳感器數(shù)據(jù)采集55-56
• 5.3.5 GPS數(shù)據(jù)采集56-58
• 5.4 數(shù)傳電臺收發(fā)數(shù)據(jù)58-59
• 5.4.1 數(shù)傳電臺數(shù)據(jù)發(fā)送58
• 5.4.2 數(shù)傳電臺數(shù)據(jù)接收58-59
• 5.5 PPM解碼59-60
• 5.6 本章小結(jié)60-61
• 6 四旋翼實驗平臺實驗61-67
• 6.1 四旋翼實驗平臺實驗61-64
• 6.2 偏振光傳感器測試實驗64-66
• 6.3 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻69-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況72-73
• 致謝73-74

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 褚金奎;陳文靜;王洪青;戎成功;;基于偏振光傳感器的移動機器人導(dǎo)航實驗[J];光學(xué)精密工程;2011年10期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李曉雨;基于紅外及偏振光傳感器的飛行測試平臺設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2014年

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本文編號：838782