本文關(guān)鍵詞：視覺慣性及衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,低成本微機(jī)械慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在消費(fèi)電子領(lǐng)域,特別是在旋翼式飛行器、相機(jī)穩(wěn)定平臺(tái)、虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了滿足市場需求,實(shí)現(xiàn)低成本微機(jī)械陀螺儀的批量化生產(chǎn),現(xiàn)階段市場中微機(jī)械慣性器件的主要材料為硅。但硅基微機(jī)械慣性器件的輸出噪聲大,零偏易受環(huán)境溫度影響,故而由其構(gòu)成的導(dǎo)航系統(tǒng)僅能提供姿態(tài)信息,無法給出定位測速信息。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與單目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)則分別能在室外與室內(nèi)完成定位測速任務(wù),但受導(dǎo)航系統(tǒng)尺寸等因素限制,無法進(jìn)行姿態(tài)測量。本文以低成本微機(jī)械慣性、衛(wèi)星及視覺導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)組合導(dǎo)航算法,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)及室外環(huán)境的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容和取得的成果概述如下:1.建立姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)坐標(biāo)系,推導(dǎo)坐標(biāo)變換關(guān)系;推導(dǎo)微機(jī)械慣性器件輸出模型,并結(jié)合該模型給出利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)度因數(shù)、零偏以及安裝誤差矩陣的標(biāo)定方法;結(jié)合離散擴(kuò)展卡爾曼濾波器原理,以姿態(tài)四元數(shù)為狀態(tài)變量,姿態(tài)角為觀測值設(shè)計(jì)姿態(tài)估計(jì)算法;設(shè)計(jì)并完成微機(jī)械姿態(tài)估計(jì)及衛(wèi)星定位系統(tǒng)硬件及軟件,并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。2.建立單目視覺定位系統(tǒng)坐標(biāo)系,推導(dǎo)坐標(biāo)變換關(guān)系;推導(dǎo)相機(jī)模型并給出標(biāo)定方法;結(jié)合OpenCV及ArUco,給出平面編碼標(biāo)識(shí)物的識(shí)別和校驗(yàn)方法;設(shè)計(jì)相機(jī)位置、姿態(tài)估計(jì)算法,結(jié)合實(shí)際硬件完成視覺定位系統(tǒng),并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。3.根據(jù)低成本導(dǎo)航系統(tǒng)特性,提出統(tǒng)一組合導(dǎo)航濾波器模型,并以該模型為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)械慣性衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)、微機(jī)械慣性視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)和微機(jī)械慣性衛(wèi)星視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng),并分別對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測試。4.根據(jù)微機(jī)械慣性傳感器輸出模型,結(jié)合相應(yīng)姿態(tài)估計(jì)算法,實(shí)現(xiàn)硬件仿真系統(tǒng);利用微機(jī)械姿態(tài)估計(jì)及衛(wèi)星定位系統(tǒng)和視覺定位系統(tǒng),在所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)下,采集原始數(shù)據(jù),并根據(jù)設(shè)計(jì)完成的組合導(dǎo)航算法,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,分析算法性能。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)械慣性傳感器 視覺導(dǎo)航 衛(wèi)星導(dǎo)航 組合導(dǎo)航 卡爾曼濾波
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN967.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 微機(jī)械慣性器件11-13
• 1.2.2 視覺導(dǎo)航13-14
• 1.2.3 多信息組合導(dǎo)航14-15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-18
• 第2章 微機(jī)械姿態(tài)估計(jì)及衛(wèi)星定位系統(tǒng)18-38
• 2.1 引言18
• 2.2 坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)變換關(guān)系18-21
• 2.2.1 坐標(biāo)系定義18-19
• 2.2.2 坐標(biāo)變換關(guān)系19-21
• 2.3 微機(jī)械慣性器件輸出模型及標(biāo)定方法21-27
• 2.3.1 微機(jī)械陀螺儀輸出模型21-22
• 2.3.2 微機(jī)械陀螺儀標(biāo)定方法22-24
• 2.3.3 微機(jī)械加速度計(jì)輸出模型24-25
• 2.3.4 微機(jī)械加速度計(jì)標(biāo)定方法25-27
• 2.4 卡爾曼濾波與姿態(tài)估計(jì)算法27-31
• 2.4.1 擴(kuò)展卡爾曼濾波27-28
• 2.4.2 姿態(tài)估計(jì)算法28-31
• 2.5 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)31-32
• 2.6 微機(jī)械姿態(tài)估計(jì)及衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)32-35
• 2.6.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)32-34
• 2.6.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)34-35
• 2.7 系統(tǒng)測試結(jié)果35-37
• 2.7.1 微機(jī)械慣性器件標(biāo)定結(jié)果35-36
• 2.7.2 靜態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航測試結(jié)果36
• 2.7.3 靜態(tài)姿態(tài)估計(jì)測試結(jié)果36-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 第3章 視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)變換關(guān)系38-42
• 3.2.1 坐標(biāo)系定義38-41
• 3.2.2 坐標(biāo)變換關(guān)系41-42
• 3.3 單目相機(jī)模型及標(biāo)定42-45
• 3.3.1 小孔成像模型42-43
• 3.3.2 單目相機(jī)標(biāo)定原理及方法43-45
• 3.4 視覺導(dǎo)航原理45-52
• 3.4.1 標(biāo)識(shí)物選取45-46
• 3.4.2 標(biāo)識(shí)物識(shí)別方法46-49
• 3.4.3 相機(jī)位置姿態(tài)估計(jì)算法49-52
• 3.5 系統(tǒng)測試結(jié)果52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 視覺慣性及衛(wèi)星組合導(dǎo)航算法研究54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 統(tǒng)一組合導(dǎo)航濾波器模型54-59
• 4.2.1 狀態(tài)變量及觀測變量選取54-55
• 4.2.2 位置速度加速度估計(jì)算法55-56
• 4.2.3 組合姿態(tài)估計(jì)算法56-59
• 4.3 微機(jī)械慣性衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法59-61
• 4.3.1 組合導(dǎo)航濾波器59-61
• 4.3.2 觀測信息來源61
• 4.4 微機(jī)械慣性視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法61-63
• 4.4.1 組合導(dǎo)航濾波器61
• 4.4.2 觀測信息來源61-63
• 4.5 微機(jī)械慣性衛(wèi)星及視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法63-65
• 4.5.1 空間坐標(biāo)系統(tǒng)一63-64
• 4.5.2 組合導(dǎo)航濾波器64-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第5章 組合導(dǎo)航系統(tǒng)仿真及測試66-82
• 5.1 引言66
• 5.2 微機(jī)械姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)仿真66-70
• 5.2.1 仿真模型66-68
• 5.2.2 仿真測試及結(jié)果68-70
• 5.3 微機(jī)械慣性衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)測試結(jié)果70-74
• 5.4 微機(jī)械慣性視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)測試結(jié)果74-78
• 5.5 微機(jī)械慣性衛(wèi)星及視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)測試結(jié)果78-81
• 5.6 本章小結(jié)81-82
• 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-90
• 致謝90

  本文關(guān)鍵詞：視覺慣性及衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：449008