四旋翼飞行器矿井导航定位系统设计与实现

发布时间：2017-04-17 01:06

  本文关键词：四旋翼飞行器矿井导航定位系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：环境探测在矿井灾难发生后对救援人员的营救工作有重要参考价值，四旋翼自主飞行器克服了矿井下地面救灾设备的缺陷，更好地实现了探测、采集、发送矿井灾害环境参数和信息。导航定位技术在四旋翼工作过程中掌握其在矿井中的飞行状态信息和位置信息，对救援人员制定正确的推进路线和安全的救援措施具有重要作用和意义。 本文在分析了导航技术和无线定位技术的基础上，经过比较分析，针对有限空间中的四旋翼，提出了一种通过测量无线电波信号传播时间实现测距的线性调频扩频系统与飞行器惯性导航系统相结合的全新的导航定位方案。该测距算法采用双边双路对称测距算法SDS-TWR，采用往返时间测量距离，不需要时钟同步，提高了准确性，降低了系统硬件要求；飞行器惯性导航系统通过陀螺仪和加速度计测量飞行器的滚角、仰角、速度、加速度、位置等状态信息。将两个系统的测量信息进行融合，形成惯性导航/线性调频扩频组合导航系统，通过建立组合系统的信息融合模型获取更准确的导航定位信息，以及实现对采集数据的无线传输。实验证明，本文所提出的新方案能够准确、实时地反映四旋翼飞行器在矿井中的飞行状态和位置信息，为救援工作提供有力依据。 本文选取了硬件平台，，无线测距模块选取了北京云谷公司的CMT-01V1，该模块以德国Nanotron公司提供的nanoPAN5375作为射频模块；四旋翼飞行器选取了德国MK套件，并经过二次开发实现在巷道中自主飞行；上位机软件在Windows XP系统上进行开发，在软件上实现卡尔曼滤波算法，以提高导航定位精度。 系统开发完成后在有限空间模拟环境下进行导航定位测试，经过对定位结果分析，实验证明该井下导航定位系统有低功耗、抗干扰能力强和定位精度高等特点。
【关键词】：组合导航 卡尔曼滤波 四旋翼飞行器 有限空间
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD774
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 课题研究背景及研究意义7-8
• 1.2 导航定位技术研究与发展概况8-10
• 1.3 论文技术路线与结构安排10-11
• 1.3.1 技术路线10
• 1.3.2 结构安排10-11
• 1.4 本章小结11-12
• 2 有限空间导航定位关键技术12-27
• 2.1 有限空间中的无线定位技术12-21
• 2.1.1 无线定位原理概述12
• 2.1.2 无线定位方法12-16
• 2.1.3 有限空间常用无线定位技术16-17
• 2.1.4 线性调频测距原理17-21
• 2.2 惯性导航系统21-26
• 2.2.1 常用导航系统21-23
• 2.2.2 惯性导航原理23-25
• 2.2.3 惯性导航系统的组合应用25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 四旋翼飞行器导航定位系统总体方案设计27-40
• 3.1 四旋翼飞行器导航定位系统需求分析27-28
• 3.2 有限空间中的组合导航定位方案设计28-30
• 3.2.1 INS/CSS 组合导航方案概述28-29
• 3.2.2 INS/CSS 组合模式29-30
• 3.3 INS/CSS 组合系统滤波设计方案30-33
• 3.3.1 卡尔曼滤波原理30-31
• 3.3.2 INS/CSS 系统建模31-33
• 3.4 四旋翼飞行器导航定位系统总体设计33-35
• 3.4.1 系统总体框架33-34
• 3.4.2 系统工作原理34-35
• 3.5 四旋翼飞行器导航定位系统软硬件设计35-39
• 3.5.1 硬件设计方案36-37
• 3.5.2 软件设计方案37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 四旋翼飞行器导航定位系统软件设计与实现40-58
• 4.1 软件开发框架与平台40-42
• 4.1.1 .NET 框架简介40-41
• 4.1.2 开发环境及语言41-42
• 4.1.3 SqlServer 数据库技术42
• 4.2 用户通信数据协议设计42-46
• 4.3 服务器导航定位软件功能模块实现46-57
• 4.3.1 系统登录模块46-48
• 4.3.2 系统用户管理模块48-50
• 4.3.3 导航定位数据包收发模块50-51
• 4.3.4 导航定位数据处理模块51-54
• 4.3.5 导航定位数据管理模块54-55
• 4.3.6 打点测试模块55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 四旋翼飞行器导航定位软件测试58-61
• 5.1 系统测试流程58-59
• 5.2 测试结果59-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 本文总结61
• 6.2 进一步需要解决的问题61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 姜_",郭黎利,张朝柱,刘庆普;无线电导航系统现状与发展趋势[J];舰船电子工程;2001年06期

2 刘世森;汤朝明;吴畏;;无线传感器网络中的TOA测距方法研究[J];工矿自动化;2012年03期

3 谢晓佳;程丽君;王勇;;基于Zigbee网络平台的井下人员跟踪定位系统[J];煤炭学报;2007年08期

4 李锐君;胡淑娟;侯维岩;;具有时间同步和节点定位的工业无线网络协议[J];计算机工程与设计;2008年18期

5 杨傲雷;侯维岩;;基于IEEE802.15.4a标准的工业无线网络节点设计[J];计算机工程与设计;2009年12期

6 卢东亮;俞庆生;梁广玲;陈友莲;;CSS定位技术的研究与应用[J];无线互联科技;2012年08期

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本文编号：312068