基于偏振光传感器的四旋翼实验平台设计实现

发布时间：2017-09-12 18:19

  本文关键词：基于偏振光传感器的四旋翼实验平台设计实现

  更多相关文章： 四旋翼实验平台 偏振导航 偏振光传感器

【摘要】：本文主要的工作是设计并实现一种基于偏振光传感器导航性能测试的四旋翼实验平台,首先完成了平台的硬件软件搭建和测试,然后搭载偏振光传感器进行了飞行实验,通过对偏振光传感器测量的航向角数据进行分析,进而测试偏振光传感器在实际导航中的性能。本文首先介绍了四旋翼的导航算法。实验平台通过姿态角从地坐标系转换到机体坐标系得到方向余弦矩阵及其微分方程,利用陀螺仪和加速度传感器测量的数据对方向余弦矩阵更新,解算机体姿态角；采用互补滤波算法,处理姿态信息,降低加速度传感器的运动加速度噪声和陀螺仪的漂移误差；根据PID控制算法,设计姿态、高度、航向保持控制回路。实验平台硬件部分采用模块化设计,处理器模块采用ATmega2560芯片；传感器模块包括陀螺仪、加速度传感器、气压高度计、GPS、地磁传感器和偏振光传感器；传输数据模块主要负责机载平台与地面站的实时通信；接口电路模块负责外接设备与处理器通信；电源模块为整个系统供电。实验平台软件部分根据功能不同亦采用模块化设计,主要包括程序初始化模块、传感器数据采集模块和数据传输模块,其中传感器数据采集模块包括偏振光传感器、地磁传感器、陀螺仪、加速度传感器、气压传感器和GPS。在主程序运行时,根据任务要求调用不同模块。在搭建完成整个系统硬件和软件的基础上,对四旋翼实验平台的飞行性能和偏振光传感器的导航性能进行测试。通过观察分析实验数据,可得出以下结论：该实验平台机械结构稳定、可扩展性强、控制响应迅速、飞行稳定,可作为一个较为理想的实验平台；偏振光传感器测量的航向角数据与参照传感器航向角数据进行对比,结果表明偏振光传感器测量精度较高、抗干扰能力较强,在飞行导航中具有很好的应用前景。
【关键词】：四旋翼实验平台 偏振导航 偏振光传感器
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.2 偏振光传感器介绍12
• 1.3 四旋翼国内外研究现状12-15
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排15-17
• 2 四旋翼实验平台工作原理17-34
• 2.1 动力飞行原理17-19
• 2.2 四旋翼飞行模型19-29
• 2.2.1 四旋翼飞行坐标系定义19-20
• 2.2.2 四旋翼姿态角定义20-22
• 2.2.3 方向余弦矩阵22-27
• 2.2.4 姿态解算27-29
• 2.3 互补滤波算法29-30
• 2.4 飞行控制原理30-33
• 2.4.1 PID原理30-32
• 2.4.2 飞行参数保持与控制32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 四旋翼实验平台方案设计34-39
• 3.1 实验平台基本原理介绍34
• 3.2 四旋翼实验平台总体方案设计34-36
• 3.2.1 地面站设计34-35
• 3.2.2 机载测试平台35-36
• 3.3 四旋翼机体设计36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 机载测试平台硬件设计39-52
• 4.1 机载测试平台硬件总体设计39
• 4.2 处理器模块39-41
• 4.2.1 外接存储器电路40-41
• 4.3 接口电路模块41-44
• 4.3.1 UART接口电路41-42
• 4.3.2 I2C总线42-43
• 4.3.3 PPM接口电路43
• 4.3.4 PWM接口电路43-44
• 4.4 传感器模块44-48
• 4.4.1 陀螺仪和加速度传感器44-46
• 4.4.2 气压高度传感器46
• 4.4.3 GPS模块46-47
• 4.4.4 地磁传感器47-48
• 4.4.5 偏振光传感器48
• 4.5 传输数据模块48-50
• 4.5.1 数传电台模块48-49
• 4.5.2 遥控器与接收机模块49-50
• 4.6 电源模块50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 5 四旋翼实验平台软件设计52-61
• 5.1 四旋翼实验平台总体设计52
• 5.2 程序初始化模块52-54
• 5.3 传感器数据采集模块54-58
• 5.3.1 偏振光传感器数据采集54
• 5.3.2 地磁传感器数据采集54-55
• 5.3.3 姿态传感器数据采集55
• 5.3.4 气压传感器数据采集55-56
• 5.3.5 GPS数据采集56-58
• 5.4 数传电台收发数据58-59
• 5.4.1 数传电台数据发送58
• 5.4.2 数传电台数据接收58-59
• 5.5 PPM解码59-60
• 5.6 本章小结60-61
• 6 四旋翼实验平台实验61-67
• 6.1 四旋翼实验平台实验61-64
• 6.2 偏振光传感器测试实验64-66
• 6.3 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 褚金奎;陈文静;王洪青;戎成功;;基于偏振光传感器的移动机器人导航实验[J];光学精密工程;2011年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李晓雨;基于红外及偏振光传感器的飞行测试平台设计[D];大连理工大学;2014年

，

本文编号：838782