激光标靶与捷联惯性导航系统组合位姿测量关键技术研究

发布时间：2020-10-21 10:30

　　 精密工程的不断发展与创新,对位姿测量系统提出了更高的要求。激光标靶位姿测量系统作为当前隧道工程中的主要导向系统,具有诸多优点,且已广泛应用于许多隧道掘进工程。但是,目前激光标靶所采用的位姿测量方法仍面临动态性能较差的问题,主要体现在鲁棒性差和测量频率低两方面。鲁棒性差带来的问题是测量失效,导致工程的失败。因此,提高激光标靶位姿测量系统的鲁棒性是亟待解决的问题。此外,激光标靶位姿测量系统作为单点合作目标测量方案,具有较强的通用性,若能提高测量频率,应用领域便可以大大增加。所以,本文将捷联惯性导航系统的高测量频率和良好的鲁棒性同激光标靶测量精密度高等优点组合起来,实现优势互补。并研究了如何实现系统组合以及滤波器的关键设计,本文的主要工作如下:1.介绍并分析了当前位姿测量、盾构位姿测量和传感器融合的现状,从原理上分析了激光标靶鲁棒性差、动态性能不强等测量缺陷,根据当前国内外研究现状,明确了本文的研究方向和目标。2.介绍了组合位姿测量的系统组成,讨论了SINS的位姿测量方法,设计了时间同步系统。对本文采用的IMU进行了阿伦方差分析与随机误差量化,并建立了IMU输出模型。研究了一种基于精密三轴转台的IMU外参标定及组合系统内参标定的一体式标定方法。3.推导了组合系统的误差方程,并建立了基于激光标靶和捷联惯导的卡尔曼滤波基本方程。对建立的卡尔曼滤波模型加入容错设计,可以使得当量测系统故障或失效时,另一系统单一工作,从而在一定程度上保证了系统的鲁棒性。4.通过MATLAB对组合系统中卡尔曼滤波模型建立、组合系统鲁棒性以及故障检测的灵敏性等三个方面进行了仿真验证。借助机械臂、振动台、精密直线导轨等仪器对组合系统的性能进行了实验验证。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.3
【部分图文】：

开始采集是否接收到中断返回IMU输出开启定时器是否接收到触发信号结束是否接收到上升沿设置等待上升沿的时间为2s抓取图片结束NNYYYN图 2-9 同步系统软件流程

组合系统的组成，详细推导了组合系统的误差方程，卡尔曼滤波基本方程，并且在卡尔曼滤波器中加入了统的可行性，建立了基于 Matlab 的仿真实验系统，，并将组合测量系统测量结果同单一子系统测量结果生器匀速直线运动对状态方程和观测方程建立是否准确要求很高。如果观测矩阵以及滤波参数不准确，就会使得状态估计方统发散。因此需要发生一条运载体轨迹，验证当量测统是否能够长时间稳定不发散。基于前面讨论，当激度干扰的时候，位姿测量稳定。因此，可以发生一条动状态如图 5-1 所示。

第 5 章 组合系统性能仿真与实验验证SINS 的位姿信息进行融合，使得系统既保留激光标靶的精度，又利用 SINS 的高频率。而提高激光标靶测量系统的鲁棒性和稳定性是本文研究的重点，故需要发生一条轨迹，来验证组合测量系统的抗干扰能力。由倾角仪测量原理可知，引入非引力加速度会使得倾角仪测量失准，故发生一条多阶段匀变速直线运动加以验证。轨迹运动状态如图 5-2 所示。
【参考文献】

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本文编号：2850009