精密工程的不斷發(fā)展與創(chuàng)新,對位姿測量系統(tǒng)提出了更高的要求。激光標(biāo)靶位姿測量系統(tǒng)作為當(dāng)前隧道工程中的主要導(dǎo)向系統(tǒng),具有諸多優(yōu)點,且已廣泛應(yīng)用于許多隧道掘進工程。但是,目前激光標(biāo)靶所采用的位姿測量方法仍面臨動態(tài)性能較差的問題,主要體現(xiàn)在魯棒性差和測量頻率低兩方面。魯棒性差帶來的問題是測量失效,導(dǎo)致工程的失敗。因此,提高激光標(biāo)靶位姿測量系統(tǒng)的魯棒性是亟待解決的問題。此外,激光標(biāo)靶位姿測量系統(tǒng)作為單點合作目標(biāo)測量方案,具有較強的通用性,若能提高測量頻率,應(yīng)用領(lǐng)域便可以大大增加。所以,本文將捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的高測量頻率和良好的魯棒性同激光標(biāo)靶測量精密度高等優(yōu)點組合起來,實現(xiàn)優(yōu)勢互補。并研究了如何實現(xiàn)系統(tǒng)組合以及濾波器的關(guān)鍵設(shè)計,本文的主要工作如下:1.介紹并分析了當(dāng)前位姿測量、盾構(gòu)位姿測量和傳感器融合的現(xiàn)狀,從原理上分析了激光標(biāo)靶魯棒性差、動態(tài)性能不強等測量缺陷,根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,明確了本文的研究方向和目標(biāo)。2.介紹了組合位姿測量的系統(tǒng)組成,討論了SINS的位姿測量方法,設(shè)計了時間同步系統(tǒng)。對本文采用的IMU進行了阿倫方差分析與隨機誤差量化,并建立了IMU輸出模型。研究了一種基于精密三軸轉(zhuǎn)臺的IMU外參標(biāo)定及組合系統(tǒng)內(nèi)參標(biāo)定的一體式標(biāo)定方法。3.推導(dǎo)了組合系統(tǒng)的誤差方程,并建立了基于激光標(biāo)靶和捷聯(lián)慣導(dǎo)的卡爾曼濾波基本方程。對建立的卡爾曼濾波模型加入容錯設(shè)計,可以使得當(dāng)量測系統(tǒng)故障或失效時,另一系統(tǒng)單一工作,從而在一定程度上保證了系統(tǒng)的魯棒性。4.通過MATLAB對組合系統(tǒng)中卡爾曼濾波模型建立、組合系統(tǒng)魯棒性以及故障檢測的靈敏性等三個方面進行了仿真驗證。借助機械臂、振動臺、精密直線導(dǎo)軌等儀器對組合系統(tǒng)的性能進行了實驗驗證。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U455.3
【部分圖文】：

開始采集是否接收到中斷返回IMU輸出開啟定時器是否接收到觸發(fā)信號結(jié)束是否接收到上升沿設(shè)置等待上升沿的時間為2s抓取圖片結(jié)束NNYYYN圖 2-9 同步系統(tǒng)軟件流程

組合系統(tǒng)的組成，詳細推導(dǎo)了組合系統(tǒng)的誤差方程，卡爾曼濾波基本方程，并且在卡爾曼濾波器中加入了統(tǒng)的可行性，建立了基于 Matlab 的仿真實驗系統(tǒng)，，并將組合測量系統(tǒng)測量結(jié)果同單一子系統(tǒng)測量結(jié)果生器勻速直線運動對狀態(tài)方程和觀測方程建立是否準(zhǔn)確要求很高。如果觀測矩陣以及濾波參數(shù)不準(zhǔn)確，就會使得狀態(tài)估計方統(tǒng)發(fā)散。因此需要發(fā)生一條運載體軌跡，驗證當(dāng)量測統(tǒng)是否能夠長時間穩(wěn)定不發(fā)散。基于前面討論，當(dāng)激度干擾的時候，位姿測量穩(wěn)定。因此，可以發(fā)生一條動狀態(tài)如圖 5-1 所示。

第 5 章 組合系統(tǒng)性能仿真與實驗驗證SINS 的位姿信息進行融合，使得系統(tǒng)既保留激光標(biāo)靶的精度，又利用 SINS 的高頻率。而提高激光標(biāo)靶測量系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性是本文研究的重點，故需要發(fā)生一條軌跡，來驗證組合測量系統(tǒng)的抗干擾能力。由傾角儀測量原理可知，引入非引力加速度會使得傾角儀測量失準(zhǔn)，故發(fā)生一條多階段勻變速直線運動加以驗證。軌跡運動狀態(tài)如圖 5-2 所示。
【參考文獻】

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本文編號：2850009