小型无人直升机导航定位系统设计与实现
发布时间：2021-11-02 21:15
微机电系统（MEMS）和嵌入式系统的迅猛发展带来了无人驾驶飞机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）研究和应用领域爆发式的发展,小型无人直升机具有起降方便、悬停、机动性能好、续航时间较长和载荷较大的特点。传统的小型无人直升机通常通过人工操作在视线范围内飞行,唯一的位置信息来源于卫星导航系统。随着行业应用的发展,无人直升机需要在更加复杂多变的场合中完成难度系数更高的任务,对于小型无人直升机自主定位和自主导航的需求不断增加。因此有必要对小型无人直升机导航与定位系统进行深入研究,通过组合导航方法提高定位结果的准确性和鲁棒性,并以此为基础进行相关无人机轨迹规划算法,完全实现自主导航功能。本文设计与实现了一套高集成度小型无人直升机导航定位系统,并且对低成本多传感器组合导航定位算法进行研究,在组合导航定位算法的基础上研究小型无人直升机最优轨迹规划相关算法,使得小型无人直升机具备完成相应任务的能力。本文主要研究内容如下:（1）根据课题需求自主设计了一套基于MCU、MEMS IMU、电子罗盘、气压计、激光雷达以及GPS低成本小型无人直升机导航定位系统,并在此平台上对论文中研究的算法...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 组合导航研究现状
1.2.2 轨迹规划算法研究现状
1.3 研究内容及安排
1.4 课题来源
第二章 导航定位系统架构与理论基础
2.1 硬件选型与集成设计
2.2 系统软件程序设计
2.3 导航定位理论基础
2.3.1 坐标系定义
2.3.2 直升机姿态表示
2.3.3 地球中心坐标系(ECEF)与当地水平坐标系(NED)之间的数据转换
2.4 本章小结
第三章 多源信息融合的组合导航算法设计
3.1 捷联式惯性导航方程
3.1.1 姿态更新算法
3.1.2 速度更新算法
3.1.3 位置更新算法
3.2 Kalman滤波算法基础
3.2.1 线性离散卡尔曼滤波
3.2.2 扩展卡尔曼滤波
3.3 二十二阶扩展Kalman滤波器设计
3.4 状态初始化与杆臂效应
3.5 本章小结
第四章 多源信息融合的组合导航算法优化
4.1 序贯观测更新
4.2 传感器延时处理
4.3 数据异常检测与处理
4.4 Q阵与R阵选取
4.5 组合导航实验结果与分析
4.6 本章小结
第五章 无人直升机最优轨迹规划算法
5.1 最优轨迹规划数学模型和描述
5.2 时间最优轨迹规划
5.3 距离最优轨迹规划
5.3.1 Dubins曲线轨迹的最优问题描述
5.3.2 Dubins曲线轨迹解析形式
5.4 Minimum snap最优轨迹规划
5.4.1 微分平坦理论
5.4.2 基于多项式曲线的Minimum snap轨迹规划
5.5 本章小结
第六章 最优轨迹规划算法仿真与实验
6.1 Dubins曲线仿真与试飞
6.1.1 点对点轨迹飞行
6.1.2 圆弧轨迹飞行
6.1.3 Dubins轨迹飞行
6.2 Minimum snap最优轨迹规划仿真
6.2.1 快速搜索随机图RRG
6.2.2 Kd树最近邻搜索
6.2.3 基于飞行廊道Minimum snap轨迹规划仿真
6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机载体的杆臂效应对GPS测速精度的影响[J]. 黄雪妮,杨武. 导航定位与授时. 2017(04)
[2]基于KD树和R树的多维云数据索引[J]. 何婧,吴跃,杨帆,尹春雷,周维. 计算机应用. 2014(11)
[3]基于模拟退火算法的机器人路径规划与研究[J]. 徐鹏. 科技广场. 2011(01)
[4]基于遗传算法的无人机航迹规划研究[J]. 张延松. 中国西部科技. 2010(11)
[5]基于改进蚁群算法的无人机三维航路规划[J]. 陈谋,肖健,姜长生. 吉林大学学报(工学版). 2008(04)
[6]基于蚁群算法的无人机航路规划[J]. 白俊强,柳长安. 飞行力学. 2005(02)
[7]基于神经网络和遗传算法的机器人动态避障路径规划[J]. 陈华华,杜歆,顾伟康. 传感技术学报. 2004(04)
[8]动态未知环境下一种Hopfield神经网络路径规划方法[J]. 樊长虹,陈卫东,席裕庚. 控制理论与应用. 2004(03)
[9]基于遗传算法的无人机协同侦察航路规划[J]. 柳长安,王和平,李为吉. 飞机设计. 2003(01)
[10]基于遗传算法（GA）的具有约束的飞行轨迹规划[J]. 王英勋,陈宗基. 北京航空航天大学学报. 1999(03)
博士论文
[1]低成本微小型无人机惯性组合导航技术研究[D]. 孙罡.南京理工大学 2014
[2]全球导航卫星系统辅助与增强定位技术研究[D]. 张光华.哈尔滨工业大学 2013
[3]惯性辅助GPS深组合导航系统研究与实现[D]. 胡锐.南京理工大学 2010
[4]车载自主定位定向系统研究[D]. 严恭敏.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]无人机多源信息融合容错组合导航研究[D]. 李胜男.南京航空航天大学 2017
[2]基于MEMS低成本微型捷联惯性导航系统研究[D]. 王守宽.北京理工大学 2016
[3]小型无人直升机路径规划设计与实现[D]. 吴毅彬.华南理工大学 2013
[4]基于微分平坦理论的飞行器轨迹规划方法研究[D]. 张超杰.国防科学技术大学 2010
[5]GPS在微型无人机导航定位中的研究与应用[D]. 龚真春.浙江大学 2005
本文编号：3472388
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 组合导航研究现状
1.2.2 轨迹规划算法研究现状
1.3 研究内容及安排
1.4 课题来源
第二章 导航定位系统架构与理论基础
2.1 硬件选型与集成设计
2.2 系统软件程序设计
2.3 导航定位理论基础
2.3.1 坐标系定义
2.3.2 直升机姿态表示
2.3.3 地球中心坐标系(ECEF)与当地水平坐标系(NED)之间的数据转换
2.4 本章小结
第三章 多源信息融合的组合导航算法设计
3.1 捷联式惯性导航方程
3.1.1 姿态更新算法
3.1.2 速度更新算法
3.1.3 位置更新算法
3.2 Kalman滤波算法基础
3.2.1 线性离散卡尔曼滤波
3.2.2 扩展卡尔曼滤波
3.3 二十二阶扩展Kalman滤波器设计
3.4 状态初始化与杆臂效应
3.5 本章小结
第四章 多源信息融合的组合导航算法优化
4.1 序贯观测更新
4.2 传感器延时处理
4.3 数据异常检测与处理
4.4 Q阵与R阵选取
4.5 组合导航实验结果与分析
4.6 本章小结
第五章 无人直升机最优轨迹规划算法
5.1 最优轨迹规划数学模型和描述
5.2 时间最优轨迹规划
5.3 距离最优轨迹规划
5.3.1 Dubins曲线轨迹的最优问题描述
5.3.2 Dubins曲线轨迹解析形式
5.4 Minimum snap最优轨迹规划
5.4.1 微分平坦理论
5.4.2 基于多项式曲线的Minimum snap轨迹规划
5.5 本章小结
第六章 最优轨迹规划算法仿真与实验
6.1 Dubins曲线仿真与试飞
6.1.1 点对点轨迹飞行
6.1.2 圆弧轨迹飞行
6.1.3 Dubins轨迹飞行
6.2 Minimum snap最优轨迹规划仿真
6.2.1 快速搜索随机图RRG
6.2.2 Kd树最近邻搜索
6.2.3 基于飞行廊道Minimum snap轨迹规划仿真
6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机载体的杆臂效应对GPS测速精度的影响[J]. 黄雪妮,杨武. 导航定位与授时. 2017(04)
[2]基于KD树和R树的多维云数据索引[J]. 何婧,吴跃,杨帆,尹春雷,周维. 计算机应用. 2014(11)
[3]基于模拟退火算法的机器人路径规划与研究[J]. 徐鹏. 科技广场. 2011(01)
[4]基于遗传算法的无人机航迹规划研究[J]. 张延松. 中国西部科技. 2010(11)
[5]基于改进蚁群算法的无人机三维航路规划[J]. 陈谋,肖健,姜长生. 吉林大学学报(工学版). 2008(04)
[6]基于蚁群算法的无人机航路规划[J]. 白俊强,柳长安. 飞行力学. 2005(02)
[7]基于神经网络和遗传算法的机器人动态避障路径规划[J]. 陈华华,杜歆,顾伟康. 传感技术学报. 2004(04)
[8]动态未知环境下一种Hopfield神经网络路径规划方法[J]. 樊长虹,陈卫东,席裕庚. 控制理论与应用. 2004(03)
[9]基于遗传算法的无人机协同侦察航路规划[J]. 柳长安,王和平,李为吉. 飞机设计. 2003(01)
[10]基于遗传算法（GA）的具有约束的飞行轨迹规划[J]. 王英勋,陈宗基. 北京航空航天大学学报. 1999(03)
博士论文
[1]低成本微小型无人机惯性组合导航技术研究[D]. 孙罡.南京理工大学 2014
[2]全球导航卫星系统辅助与增强定位技术研究[D]. 张光华.哈尔滨工业大学 2013
[3]惯性辅助GPS深组合导航系统研究与实现[D]. 胡锐.南京理工大学 2010
[4]车载自主定位定向系统研究[D]. 严恭敏.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]无人机多源信息融合容错组合导航研究[D]. 李胜男.南京航空航天大学 2017
[2]基于MEMS低成本微型捷联惯性导航系统研究[D]. 王守宽.北京理工大学 2016
[3]小型无人直升机路径规划设计与实现[D]. 吴毅彬.华南理工大学 2013
[4]基于微分平坦理论的飞行器轨迹规划方法研究[D]. 张超杰.国防科学技术大学 2010
[5]GPS在微型无人机导航定位中的研究与应用[D]. 龚真春.浙江大学 2005
本文编号：3472388
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3472388.html
