本文針對多旋翼無人機航姿解算的關鍵技術進行研究,在橢球擬合與最小二乘法基礎上,改進航姿參考系統(tǒng)中傳感器誤差補償?shù)膫鹘y(tǒng)方法。在四元數(shù)約束的容積卡爾曼濾波算法基礎上對算法進行改進,使系統(tǒng)協(xié)方差矩陣Q與觀測協(xié)方差矩陣R隨算法迭代自適應更新。其實驗結果表明該改進算法,更適合不同運動狀態(tài)下的多旋翼無人機進行航姿解算。設計了基于FPGA的航姿解算平臺,開展了多傳感器誤差形成機理與影響程度分析,多傳感器輸出噪聲特性分析,航姿解算誤差分析以及高精度、高實用性的航姿解算技術方面的研究,主要包括:(1)設計陀螺儀、加速度計與磁力計誤差標定算法根據(jù)慣性導航技術和基于MEMS的陀螺儀、加速度計與磁力計的整體測量結構,分析三種MEMS傳感器誤差形成機理以及影響程度,分別建立三種慣性傳感器的誤差模型,并根據(jù)誤差模型對三種傳感器進行標定,獲得關鍵誤差項。通過誤差模型反推補償算法,降低三種傳感器自身存在的誤差,為航姿解算提供保障。(2)設計基于容積卡爾曼濾波與四元數(shù)的數(shù)據(jù)融合算法提出以容積卡爾曼濾波為基礎,四元數(shù)約束下的一種數(shù)據(jù)融合算法,通過不斷迭代的方式,對多旋翼無人機的三個姿態(tài)角信息進行解算。通過算法中參數(shù)的數(shù)值...

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 航姿解算技術研究現(xiàn)狀
        1.2.1 無人機航姿解算技術
        1.2.2 國內外航姿解算系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.3 小型無人機航姿解算技術發(fā)展趨勢
    1.4 論文主要內容及章節(jié)安排
第2章 無人機慣性導航系統(tǒng)基礎理論
    2.1 慣性導航系統(tǒng)
    2.2 慣性導航系統(tǒng)中的航姿解算概述
    2.3 坐標系定義及轉換
    2.4 姿態(tài)角的表述
        2.4.1 歐拉角
        2.4.2 方向余弦法
        2.4.3 四元數(shù)
    2.5 航姿解算
    2.6 本章小結
第3章 航姿參考系統(tǒng)
    3.1 航姿參考系統(tǒng)組成
    3.2 多傳感器誤差及補償
        3.2.1 陀螺儀誤差分析
        3.2.2 基于最小二乘法的陀螺儀誤差補償
        3.2.3 加速度計誤差分析
        3.2.4 基于最大似然估計加速度計誤差補償
        3.2.5 磁力計誤差分析
        3.2.6 兩步法橢球擬合的磁力計誤差補償
    3.3 實驗仿真
        3.3.1 陀螺儀實驗仿真
        3.3.2 加速度計實驗仿真
        3.3.3 磁力計實驗仿真
    3.4 本章小結
第4章 航姿解算算法設計
    4.1 多旋翼無人機姿態(tài)解算原理
    4.2 飛行姿態(tài)解算算法設計
        4.2.1 互補濾波姿態(tài)理論
        4.2.2 卡爾曼濾波理論
        4.2.3 容積卡爾曼濾波理論
    4.3 基于四元數(shù)的容積卡爾曼濾波及其改進
        4.3.1 系統(tǒng)狀態(tài)方程
        4.3.2 系統(tǒng)測量方程
        4.3.3 基于四元數(shù)的容積卡爾曼濾波改進方法
    4.4 仿真結果
    4.5 本章小結
第5章 無人機航姿解算FPGA的實現(xiàn)
    5.1 FPGA簡介
    5.2 基于FPGA的飛行姿態(tài)解算系統(tǒng)硬件設計
        5.2.1 FPGA芯片的選擇依據(jù)
        5.2.2 系統(tǒng)電源電路
        5.2.3 系統(tǒng)時鐘與復位電路
        5.2.4 FPGA的配置電路
    5.3 基于FPGA的飛行姿態(tài)解算系統(tǒng)軟件設計
        5.3.1 軟件總體設計
        5.3.2 多傳感器接口模塊設計
        5.3.3 多傳感器數(shù)據(jù)轉換模塊設計
        5.3.4 航姿解算模塊設計
    5.4 本章小結
第6章 展望與總結
    6.1 本文內容總結
    6.2 本文內容展望
致謝
參考文獻
作者簡介
攻讀碩士學位期間研究成果



本文編號：3777774