在災害救援、環(huán)境監(jiān)測等復雜環(huán)境中,普遍要求移動監(jiān)測站能夠準確提供自身的位置信息,而移動監(jiān)測站自身的位置信息對于監(jiān)測任務的完成至關重要,目前應用在移動監(jiān)測站上的民用低成本精度高的位姿測量關鍵技術正得到越來越多的學者的關注。GPS/SINS組合定位技術因其在彌補單一定位方式長時間定位精度低的同時,更能夠發(fā)揮出單一定位方式獨特的優(yōu)勢,因而被廣泛應用于移動監(jiān)測站的自身定位領域。隨著微機電系統(tǒng)的飛速發(fā)展,基于MEMS的GPS/SINS組合定位技術正成為移動監(jiān)測站自身定位領域的研究熱點。目前在民用消費級的應用場景中,利用無人機攜帶攝像機在任務現(xiàn)場實時采集目標圖像,然后通過無線技術手段傳回到控制中心,這種方式的局限在于無法實時確定無人機本身的位置信息。本文首先研究了GPS/SINS組合定位技術,并利用該技術來實現(xiàn)對單移動監(jiān)測站的定位。其次針對多個移動監(jiān)測站同時執(zhí)行任務的情形,在實現(xiàn)單移動監(jiān)測站自身定位的基礎上,研究了多個移動監(jiān)測站協(xié)同自定位的方法。針對單移動監(jiān)測站自身的定位問題,研究利用GPS/SINS組合定位技術來實現(xiàn)單站自身定位的方法,建立GPS/SINS系統(tǒng)的誤差模型,推導組合定位系統(tǒng)的誤差方程,研究利用間接濾波法來處理GPS/SINS的非線性模型,通過理論以及實際測試實驗對定位效果進行測試,結果表明,該方法可有效改善直接線性化處理GPS/SINS系統(tǒng)模型造成的高階項丟失的問題,單站的定位精度圓概率誤差可達2.8米。針對多移動監(jiān)測站的協(xié)同自身定位問題,將多站之間的相對觀測量引入擴展卡爾曼自定位算法中,充分利用各監(jiān)測站測得的自身位置信息以達到更加精確定位的目的,并建立了協(xié)同定位系統(tǒng)的模型,進行了算法公式的推導,通過半實物仿真結果表明,雙移動監(jiān)測站的協(xié)同定位精度可達2.1米,并具有良好的穩(wěn)定性,為多移動監(jiān)測站協(xié)同定位技術的進一步應用打下一定的基礎。
【學位單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN967.2
【部分圖文】：

三軸磁力計微型控制系統(tǒng)MCU上位機慣性測量單元IICIICSD卡數(shù)據(jù)存儲模塊SDIOUART三軸陀螺儀三軸加速度計IIC圖 2.1.5 SINS 硬件原理圖2）實驗測試利用上述搭建的硬件測試平臺，在校園實際場景中進行實地測試，為了方便進行實際距離的測量，選擇的行走路線與實際的緯度平行的一條路線總時長在400s，總長度在340m共進行 10 組測試，實際實驗場景如下圖 2.1.6 所示。

其中：初始位置為：經(jīng)度：108.98122°、緯度：34.382891°。表 2.1 參數(shù)設定參量 差值陀螺儀常值漂移 0.1 度/小時加速度計偏置值 50ug位置測量誤差 水平 0.1m，垂直 0.15m速度測量誤差 0.01m/s初始姿態(tài)誤差 航向 0.5°，俯仰/橫滾 0.1°初始速度誤差 東向/北向/天向：0.05m/s微控制器 STM32 解算出的姿態(tài)、速度和位置數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機，將所測得的實驗數(shù)據(jù)導入 MATLAB 進行仿真分析結果如下圖所示。

圖 2.1.8 經(jīng)緯度隨時間變化得到在運動的過程中，載體的運動軌跡圖以及姿態(tài)角的實時變化圖，經(jīng)過實際測通過 MATLAB 還原運動軌跡位置信息，其部分仿真結果如圖 2.1.7 和圖 2.1.8 觀察仿真結果可知，載體在運動的過程中，隨著時間的增長，載體的速度以及位現(xiàn)的誤差越來越大，這與導航系統(tǒng)中因誤差的積累而逐漸出現(xiàn)的精度下降的原。通過對仿真結果的計算，由圖 2.1.7 可以看出隨著時間的增長，航向角和俯仰度會有變化，但總體保持穩(wěn)定的趨勢。根據(jù)經(jīng)緯度距離轉換公式以及圖 2.1.8 的結果，將經(jīng)緯度轉換為距離結果表明，的增長 30s 內的位置精度為 1m，100s 內的位置精度為 3m，隨后隨著時間的推性能下降嚴重，在 5min 時的定位精度已達到近百米。分析以上結果可以得到如（1）SINS 在短時間內的導航參數(shù)精度較高，60s 內水平方向的位置精度優(yōu)于 （2）誤差的不斷積累使得精度下降明顯，在第 320s 時，位置誤差已接近 100m00s 時，位置誤差已高達數(shù)十公里，這說明 SINS 難以長時間獨立工作。
【參考文獻】

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本文編號：2845260