偏振光导航的四旋翼控制系统设计与实现

发布时间：2019-10-14 20:33

【摘要】：偏振光导航是利用大气中偏振光分布模式的规律进行导航的。与传统的导航方法相比较,有其独特的优势,如抗电磁干扰、误差不随时间累积等,是一种新型的仿生导航方法。本文以新型的仿生微纳偏振光传感器导航应用为背景,设计实现了一种运用偏振光传感器组合导航的四旋翼飞行器。首先研究了仿生偏振光传感器的工作原理,并给出了其作为四旋翼导航基础的必要条件,为之后的系统设计提供更多的设计参数。其次,设计了基于偏振光传感器导航的飞行控制系统的总体方案,搭建了四旋翼飞行测试平台,包括对动力系统和飞控硬件模块的选型与电路设计。然后,根据偏振光传感器导航的必要条件,对飞控系统及软件进行了开发。给出了偏振光传感器的偏航角数据的获取流程与处理程序算法、实现了系统初始化和接入偏振光传感器数据的功能。将获取的传感器信息融合后,通过方向余弦矩阵进行姿态解算得到飞行所需的姿态角参数。采用PID控制算法对四旋翼姿态控制回路进行了设计,并设计出了与姿态控制对应的姿态自稳和偏航保持飞行模式。位置控制回路采用姿态内环,位置外环的设计思路,并设计出与此对应的定点悬停飞行模式。对于此模式产生的漩涡飞行问题进行了仿真,得出了最佳的偏航角误差范围,并通过相应的误差校准程序进行补偿消除。最后,通过实际飞行实验,对基于偏振光传感器导航的飞行模式与基于数字罗盘导航的飞行模式的性能进行了对比。首先测试了姿态自稳手动飞行的控制响应,调整PID参数到使其稳定飞行。在此基础上进行了基于偏振光传感器的偏航保持飞行模式测试,使其偏航角能够保持在允许的误差范围内。然后在有电磁干扰情况下测试了基于偏振光传感器和基于数字罗盘的定点悬停和预定航线的自动飞行模式。测试表明在有电磁干扰的环境中,应用偏振光传感器对四旋翼进行导航有着明显的优势。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 熊波;万卫星;宁百齐;胡连欢;丁锋;赵必强;李建勇;;基于北斗、GLONASS和GPS系统的中低纬电离层特性联合探测[J];地球物理学报;2014年11期

2 张镭;李浩;;四旋翼飞行器模糊PID姿态控制[J];计算机仿真;2014年08期

3 赵开春;卢皓;尤政;;天空光偏振模式自动探测装置[J];光学精密工程;2013年02期

4 江云秋;高晓颖;蒋彭龙;;基于偏振光的导航技术研究[J];现代防御技术;2011年03期

5 关桂霞;晏磊;陈家斌;吴太夏;吴波;;天空偏振光分布的实验研究[J];兵工学报;2011年04期

6 王玲玲;富立;陈三;;基于低成本IMU的捷联航姿系统软件设计与实现[J];中国惯性技术学报;2009年04期

7 赵运婷;李辉;;基于AVR单片机的数字式气压高度计设计[J];天津工程师范学院学报;2009年02期

8 胡中华;赵敏;姚敏;撒鹏飞;;无人机航迹规划技术研究及发展趋势[J];航空电子技术;2009年02期

9 赵开春;褚金奎;张强;王体昌;;新型仿生偏振测角传感器及角度误差补偿算法[J];宇航学报;2009年02期

10 周军;刘莹莹;;基于自然偏振光的自主导航新方法研究进展[J];宇航学报;2009年02期

相关会议论文 前1条

1 林金金;张旭东;高隽;纪松;;理想情况下大气偏振信息的计算与仿真研究[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年

相关博士学位论文 前1条

1 杨艳娟;捷联惯性导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年

相关硕士学位论文 前10条

1 贾燕波;四旋翼飞行器控制算法的研究[D];山东师范大学;2015年

2 马春林;基于偏振光传感器的四旋翼实验平台设计实现[D];大连理工大学;2015年

3 李华钧;四旋翼无人飞行器姿态控制系统的设计与实现[D];北京交通大学;2015年

4 杨帆;微型四旋翼飞行器的建模与控制系统研究[D];太原理工大学;2014年

5 华宗治;基于偏振光的无人机导航平台设计[D];大连理工大学;2014年

6 胡琦逸;四旋翼飞行器的姿态估计与优化控制研究[D];杭州电子科技大学;2014年

7 凌金福;四旋翼飞行器飞行控制算法的研究[D];南昌大学;2013年

8 谭广超;四旋翼飞行器姿态控制系统的设计与实现[D];大连理工大学;2013年

9 董欢欢;小型无人机三维可视化地面监控系统研究[D];大连理工大学;2013年

10 刘辉邦;面向偏振光传感器的无人机导航平台开发[D];大连理工大学;2013年

，

本文编号：2549443