无人机组合导航系统算法设计与整体仿真实现

发布时间：2017-08-02 08:26

  本文关键词：无人机组合导航系统算法设计与整体仿真实现

  更多相关文章： 惯性导航 组合导航 联邦滤波 模式选择 仿真实现

【摘要】：近年来,无人机被应用在越来越多的领域中,应用的环境也变得复杂多变,这迫使无人机导航技术持续快速发展,传统的惯性/卫星组合导航模式由于卫星信号容易被遮挡,而不能总是满足无人机在导航的过程中对准确性和灵活性的需求。随着数字图像处理与计算机视觉技术的飞速进步,视觉作为一种新的导航方式逐渐成为了导航领域的宠儿,作为无人机导航过程中的辅助系统,辅助惯性系统与卫星系统完成导航任务,使得导航过程中系统的高效性、容错性与鲁棒性显著增强。本文面向无人机在导航过程中的实际工程需求,设计简单、高效的捷联式惯性导航算法、以及惯性/卫星和惯性/视觉的组合导航算法,并在此基础上基于联邦滤波设计了惯性/卫星/视觉组合导航算法。通过一组实测数据对设计的捷联惯导算法和惯性/卫星组合导航算法做实测分析来验证算法的可行性和高效性,同时通过一组仿真轨迹对惯性/卫星、惯性/视觉和惯性/卫星/视觉三种不同的组合导航算法做了仿真分析,并根据仿真结果曲线对三种组合导航算法的性能作对比分析,找到各自的优缺点,为实际的工程实践提供参考。最后规划仿真轨迹,设计导航组合模式选择方案,并以VC为开发环境,融合MATLAB对无人机导航系统进行仿真实现,同时调用OpenGL库对导航结果整体演示。本文设计无人机组合导航算法并进行整体仿真实现的目的有两方面,一方面是为无人机的导航过程设计面向工程实践的简单、高效并且容错性较高的三种组合导航算法,供其进行选择和应用。另一方面为无人机组合导航系统的整体设计和更高水平导航算法的开发提供仿真测试与验证的平台,以减少设计的成本和工作时间。
【关键词】：惯性导航 组合导航 联邦滤波 模式选择 仿真实现
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279;V249.328
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 惯性/卫星组合导航研究现状10-11
• 1.2.2 惯性/视觉组合导航研究现状11-12
• 1.2.3 惯性/卫星/视觉组合导航研究现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-15
• 第2章 组合导航基本理论15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 惯性导航基本原理与误差分析15-20
• 2.2.1 常用坐标系简介15-16
• 2.2.2 捷联式惯性导航基本原理16-17
• 2.2.3 捷联惯导系统的误差分析17-20
• 2.3 卫星导航基本原理与误差分析20-21
• 2.3.1 卫星导航系统基本原理20
• 2.3.2 卫星导航系统误差分析20-21
• 2.4 视觉导航基本原理与误差分析21-22
• 2.4.1 视觉导航系统基本原理21-22
• 2.4.2 视觉导航系统误差分析22
• 2.5 组合导航系统的滤波方法22-27
• 2.5.1 卡尔曼滤波基本理论22-24
• 2.5.2 联邦滤波基本理论24-27
• 2.6 无人机组合导航系统整体设计27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 捷联式惯性导航算法设计与分析29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 捷联式惯性导航算法设计29-33
• 3.2.1 姿态解算29-31
• 3.2.2 速度更新31-32
• 3.2.3 位置更新32
• 3.2.4 捷联式惯性导航算法设计流程32-33
• 3.3 捷联式惯性导航算法的仿真分析33-36
• 3.4 捷联惯导系统实测数据处理与分析36-46
• 3.4.1 实测数据的测试状态与预处理36-42
• 3.4.2 静态条件下惯导算法的实测分析42-44
• 3.4.3 全过程下惯导算法的实测分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 组合导航系统算法设计与分析47-73
• 4.1 引言47
• 4.2 惯性/卫星组合导航系统算法设计与分析47-62
• 4.2.1 组合导航的组合模式47-48
• 4.2.2 组合导航的状态方程48-50
• 4.2.3 组合导航的量测方程50-51
• 4.2.4 组合导航的滤波修正方式51-52
• 4.2.5 静态条件下系统的仿真分析52-56
• 4.2.6 实测数据静态条件下系统的测试与分析56-60
• 4.2.7 实测数据全过程下系统的测试与分析60-62
• 4.3 惯性/视觉组合导航系统算法设计与分析62-67
• 4.3.1 组合导航的组合模式62
• 4.3.2 视觉坐标系下的惯导输出解算62-64
• 4.3.3 组合导航的量测方程64-65
• 4.3.4 静态条件下系统的仿真分析65-67
• 4.4 惯性/卫星/视觉组合导航系统算法设计与分析67-72
• 4.4.1 组合导航的组合模式67-68
• 4.4.2 组合导航的数学模型68-69
• 4.4.3 静态条件下系统的仿真分析69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第5章 无人机组合导航系统整体仿真实现73-91
• 5.1 引言73
• 5.2 系统整体实现的方案设计73-76
• 5.2.1 VC与MATALB的混合编程73-74
• 5.2.2 系统整体实现方案74-76
• 5.3 飞行轨迹的规划与实现76-80
• 5.3.1 运行状态规划76-77
• 5.3.2 速度、位置规划77-78
• 5.3.3 姿态规划78
• 5.3.4 轨迹规划的实现78-80
• 5.4 系统子模块的设计与实现80-85
• 5.4.1 陀螺仪模块80-81
• 5.4.2 加速度计模块81-82
• 5.4.3 模拟卫星导航模块82-83
• 5.4.4 模拟视觉导航模块83-85
• 5.5 组合模式选择模块的设计与实现85-86
• 5.6 组合导航系统的输出演示86-90
• 5.7 本章小结90-91
• 结论91-92
• 参考文献92-96
• 致谢96

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 辛健成;美国海军无人机发展历程[J];机器人技术与应用;2000年05期

2 时兆峰;以色列组建专门的无人机管理部门[J];飞航导弹;2001年10期

3 徐文;俄罗斯的无人机系统——格兰特[J];飞航导弹;2003年07期

4 何一波;各国使用的主要轻型无人机[J];飞航导弹;2003年11期

5 马晓平;系统工程学在无人机研制中的应用[J];航空科学技术;2003年04期

6 柯边;“影子200”战术无人机[J];航天电子对抗;2003年06期

7 温羡峤,李英;从美国无人机的发展来看无人机在未来战争中的应用前景[J];现代防御技术;2003年05期

8 王永寿;日本无人机的研究开发现状与动向[J];飞航导弹;2003年08期

9 袁刚辉;徐志红;;不断壮大的俄罗斯无人机家族[J];现代兵器;2003年02期

10 徐文;俄罗斯无人机的发展现状[J];飞航导弹;2004年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王林;张庆杰;朱华勇;沈林成;;远程异地多无人机系统控制权切换技术研究[A];2009中国控制与决策会议论文集（3）[C];2009年

2 谭健美;张琚;闫娟;;信息无人机系统——无人机发展史上新的里程碑[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年

3 黄爱凤;邓克绪;;民用无人机发展现状及关键技术[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年

4 刘长亮;;无人机发动机气道开度自适应机构的设计与实现[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第三分册）[C];2009年

5 丁霖;;无人机系统人机交互界面浅析[A];探索 创新 交流（第4集）——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年

6 刘泽坤;吕继淮;;舰载无人机系统的环境适应性[A];人—机—环境系统工程创立20周年纪念大会暨第五届全国人—机—环境系统工程学术会议论文集[C];2001年

7 叶烽;宋祖勋;;无人机系统电磁兼容性测试研究[A];第十四届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2004年

8 易当祥;吕国志;沈玲玲;;多级路况下车载无人机疲劳载荷仿真[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年

9 钱正祥;金继才;杨鹭怡;;未来局部战争中反无人机作战对策研究[A];探索创新交流－－中国航空学会青年科技论坛文集[C];2004年

10 高鹏骐;晏磊;赵红颖;何定洲;;无人机遥感控制平台的设计与实现[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 洪山;法国、德国和西班牙签约共同研发三国无人机系统[N];中国航空报;2007年

2 崔玺康;对抗无人机所面临的新挑战[N];中国航空报;2007年

3 林英;无人机将进入现代化农业领域[N];光明日报;2007年

4 本报记者 陈永杰　马佳;中国无人机亮相：战争“零伤亡”将实现[N];北京科技报;2008年

5 祖茜枫;“综合者”：携带小导弹的小无人机[N];中国国防报;2008年

6 王磊;印度期望打造强大无人机部队[N];学习时报;2009年

7 李荔;无人机“俯瞰”黄河灾情[N];北京科技报;2011年

8 本报记者 宋斌斌;我国无人机应用高端化趋势明显[N];中国工业报;2011年

9 吴飞;反恐十年无人机扶摇直上[N];中国航空报;2011年

10 司古;美无人机遭神秘病毒入侵[N];国防时报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘洋;动态环境中的无人机路径规划研究[D];西北工业大学;2015年

2 高九州;无人机自主着陆控制[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年

3 杨永明;无人机遥感系统数据获取与处理关键技术研究[D];昆明理工大学;2016年

4 孙小雷;基于多阶段航迹预测的无人机任务规划方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 陈岩;蚁群优化理论在无人机战术控制中的应用研究[D];国防科学技术大学;2007年

6 林林;基于协同机制的多无人机任务规划研究[D];北京邮电大学;2013年

7 刘春阳;无人机隐身技术若干问题研究[D];西安电子科技大学;2012年

8 王小刚;非线性滤波方法在无人机相对导航上的应用研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

9 黄国勇;变推力轴线无人机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年

10 郑维刚;基于无人机红外影像技术的配电网巡检系统研究[D];沈阳农业大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵敏;分布式多类型无人机协同任务分配研究及仿真[D];南京理工大学;2009年

2 刘志花;无人机故障预测与健康管理技术研究[D];北京化工大学;2010年

3 刘爱兵;可变形无人机设计[D];南京航空航天大学;2009年

4 易姝姝;无人机飞行场景及数据的可视化仿真与实现[D];电子科技大学;2010年

5 张佳璐;无人机项目综合评价研究[D];北京邮电大学;2011年

6 赵志鸿;某型无人机双发火箭助推发射动力学建模与仿真研究[D];南京理工大学;2007年

7 李建华;某无人机发射系统技术研究[D];南京理工大学;2008年

8 戴世通;无人机飞行可视化仿真系统设计[D];西安理工大学;2008年

9 曹攀峰;敌对与非敌对环境下无人机群的协同搜索路径与策略研究[D];复旦大学;2010年

10 张锡宪;无人机测控中数据传输系统设计与实现[D];电子科技大学;2009年

，

本文编号：608404