水质监测用无人船的自主导航研究及其系统开发

发布时间：2023-02-27 09:27

　　对水资源的保护关系到国家长远发展和群众生命健康,由于当前导致水污染的原因比较复杂,对我国分散水域的水质信息动态监测是当前一个热点领域。目前水质监测的主要是通用人工监测或设置固定监测点的方式,而且监测主要集中在较大面积的水域内,而对小水域监测的频度不够,成本较高,同时,监测的灵活性、准确性、及时性得不到有效保证。为了解决这一问题,本文研究一种能够用于小水域水质监测的低成本无人船导航系统具有重要的意义。本文以方便实用,低成本,易实现为目标,构建了一种用于小水域水质监测的低成本无人船组合导航系统。本文合理优化基于卡尔曼滤波的GPS/INS组合导航系统搭建模式,在保证导航精度的前提下,降低小水域环境下GPS/INS组合导航复杂度,提高导航系统的实时性,并在软件设计过程中通过系统仿真,验证了优化的GPS/INS卡尔曼组合方式的可行性,为软件实现提供理论基础;文本提出基于二次高斯-克吕格算法的坐标转换算法,更贴近实际应用,降低了实现的复杂度,同时也提高了导航系统的响应速度;在满足性能的基础上,本文选取合适的核心处理芯片,降低无人船导航系统硬件成本,更好适应实际需要。总体方案设计是,采用GPS/IN...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无人船的研究现状
        1.2.2 导航技术的研究现状
    1.3 论文研究内容和总体安排
第2章 系统设计及导航理论研究
    2.1 系统需求分析
    2.2 系统总体设计
    2.3 导航方法和策略研究
        2.3.1 组合导航方式
        2.3.2 卡尔曼滤波算法原理
        2.3.3 基于卡尔曼滤波的改进型组合导航策略
        2.3.4 姿态解算方案
        2.3.5 基于二次高斯-克吕格算法的坐标转换
        2.3.6 路径规划方案
第3章 无人船自主导航系统硬件设计
    3.1 硬件系统总体设计
    3.2 关键部件选型和设计
        3.2.1 主控单元
        3.2.2 定位模块
        3.2.3 姿态测量模块
        3.2.4 航向测量模块
        3.2.5 电机及驱动模块
        3.2.6 无线通讯模块
        3.2.7 供电电源选型
    3.3 控制系统硬件接口
    3.4 试验样机
第4章 无人船自主导航系统软件设计
    4.1 软件系统总体设计
    4.2 操作系统移植
        4.2.1 μC/OS-III系统介绍
        4.2.2 系统移植
    4.3 姿态解算子程序设计
    4.4 惯导速度和位置解算子程序设计
    4.5 组合导航子程序设计
        4.5.1 改进型组合导航算法仿真
    4.6 坐标转换子程序设计
    4.7 航向角计算子程序设计
    4.8 路径规划子程序设计
        4.8.1 路径规划子程序仿真
    4.9 运动控制子程序设计
        4.9.1 姿态控制
        4.9.2 速度控制
    4.10 导航控制程序设计
第5章 系统测试
    5.1 GPS坐标转换
    5.2 路径规划试验
    5.3 无人船航向控制试验
    5.4 无人船速度控制试验
    5.5 水质监测轨迹试验
第6章 结论
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢



本文编号：3751088