基于大气偏振光的无人机组合导航算法研究

发布时间：2017-09-17 13:01

  本文关键词：基于大气偏振光的无人机组合导航算法研究

  更多相关文章： 偏振光导航 导航仿真 互补滤波 三维定姿 PaparazziUAV

【摘要】：导航技术是无人机系统的关键技术之一,随着科学技术的发展以及应用环境的多元化,现有的导航技术逐渐显现出自身的应用缺陷,因此越来越多的学者将研究的重点转移到仿生导航技术,现有研究成果表明仿生导航技术具有抗干扰能力强、隐蔽性高和安全稳定的优点。本文的研究内容为仿生偏振光三维导航,以多传感器信息融合算法和无人机实验平台搭建为研究内容,提高偏振光组合导航算法的实用性和稳定性。首先介绍无人机导航的基础概念以及惯性传感器的理论测量模型和误差模型,并对姿态余弦矩阵更新法进行了详细推导。在此基础上,使用Matlab软件搭建无人机导航仿真平台,该平台包括纯仿真环境和实测数据仿真环境,仿真实验结果与预期效果的一致性证明了该平台的可靠性,为本课题的进一步研究提供基础。针对偏振光传感器存在测量角度180°模糊性和偏振光传感器尚无标准误差模型的问题,提出了MIMU/偏振光互补滤波组合导航算法,该算法满足无人机三维空间导航要求,能够有效抑制无人机航向角的发散且计算量小,具有较好的实用性。在此基础上对偏振光传感器测量值中环境干扰对姿态估计的影响进行了研究,提出一种动态调节互补参数的方法,仿真结果证明该方法能够有效剔除偏振光传感器异常测量值对全姿态角估计精度的影响。除此之外,基于开源飞控项目Paparazzi UAV搭建固定翼无人机实验平台,通过修改配置文件以及调整控制参数完成无人机的自主飞行,并分析了该项目的软件环境和外围设备驱动方式,完成了偏振光传感器的扩展工作。本文最后以传感器实测数据验证了MIMU/偏振光互补滤波算法,实验结果证明该算法能够较好的解决目前偏振光导航所存在的问题,为无人机提供准确且精度稳定的姿态角信息。
【关键词】：偏振光导航 导航仿真 互补滤波 三维定姿 PaparazziUAV
【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】：V279;V249.328
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 偏振光导航的研究现状11-12
• 1.3 本文研究内容及章节安排12-14
• 2 无人机导航基本理论及仿真14-27
• 2.1 惯性导航介绍14-18
• 2.1.1 导航常用坐标系14-15
• 2.1.2 惯性传感器测量模型15-16
• 2.1.3 捷联惯导算法16-18
• 2.2 导航仿真平台18-22
• 2.2.1 平台整体框架18-19
• 2.2.2 主要模块介绍19-22
• 2.3 捷联惯导仿真实验22-26
• 2.3.1 惯性传感器无误差仿真23-24
• 2.3.2 惯性传感器有误差仿真24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 MIMU/偏振光互补滤波算法27-42
• 3.1 Gyro/Accel互补滤波算法27-33
• 3.1.1 姿态角误差特性分析27-30
• 3.1.2 Gyro/Accel互补滤波器设计30-31
• 3.1.3 算法实验与分析31-33
• 3.2 偏振光传感器测量模型33-36
• 3.2.1 偏振光传感器测量原理分析33-34
• 3.2.2 偏振光传感器测量模型验证34-36
• 3.3 MIMU/偏振光互补滤波算法设计36-38
• 3.4 MIMU/偏振光互补滤波算法验证及分析38-41
• 3.4.1 偏振光传感器无测量干扰38-39
• 3.4.2 偏振光传感器有测量干扰39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 偏振光组合导航实验42-60
• 4.1 Paparazzi UAV项目分析42-48
• 4.1.1 项目架构分析42-43
• 4.1.2 项目硬件分析43-46
• 4.1.3 项目软件分析46-48
• 4.2 MIMU/偏振光组合导航实验及分析48-53
• 4.2.1 实验设备介绍48-49
• 4.2.2 无人机自主飞行49-51
• 4.2.3 偏振光传感器设备控制51-53
• 4.3 实验与分析53-59
• 4.3.1 准静止实验54-55
• 4.3.2 水平转动实验55-56
• 4.3.3 三维运动实验56-57
• 4.3.4 动态参数互补滤波实验57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【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 张艳超;农田信息低空遥感中图像采集与处理的关键技术研究[D];浙江大学;2016年

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

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：869527