基于VxWorks系统的无人车GPS/INS组合导航研究
发布时间：2022-01-15 00:39
无人车（Unmanned vehicle）技术广泛应用于军事、交通、安保等各种领域。军用无人车可以完成多种作战环境的侦查、巡逻以及作战等任务,减少战斗人员伤亡,提高作战效能。本论文面向城市环境设定区域的侦查和巡逻任务,研究无人车GPS/INS组合导航方法,具有重要的研究意义和实用价值。本论文基于VxWork操作系统,设计了无人车自主导航的传感和计算机系统,根据所设计的基于强实时Vxworks操作系统和CAN总线数据处理系统的接口要求,针对普通电动车平台进行了自动控制的改造,使之具备CAN总线控制直行和转弯的功能;在此基础上,利用高精度RTK差分GPS设备得到马路段坐标值,利用这些马路坐标建立了导航电子地图,通过本文提出的算法,实现了GPS导航;为了在某些场合弥补GPS的信号不稳定,本文还研究了通过惯导设备与轮速编码器联合推算坐标的方法,通过这个方法,使车辆在GPS信号不稳定的时候,继续可以获取实时坐标位置,提高了无人车导航的鲁棒性和适用范围。本学位论文的另一个工作是开发了基于Windows和Google地图的可视化导航界面,可直观观察导航效果和进行后台操控。实验验证表明,本文所提出的基...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究的背景和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 军用警用领域
1.3.2 民用领域
1.4 本课题研究内容
1.5 本章小结
第二章 系统总体设计
2.1 总体方案
2.2 传感系统
2.2.1 差分GPS 定位RTK 系统
2.2.2 陀螺仪和轮速编码器导航系统
2.2.3 编码器
2.3 本章小结
第三章 无人车改造设计
3.1 无人车简介
3.1.1 转向电机与驱动器的选择
3.2 转向机构的设计
3.3 前后电机驱动电路
3.4 底层控制器介绍
3.5 系统控制整体方案
3.6 无人车的控制方法
3.6.1 纵向控制
3.6.2 基于模糊控制的转向控制
3.7 后轮车速的计算
3.8 CAN 总线上下层系统通讯协议
3.8.1 CAN 简介
3.8.2 上下层通讯协议的设计
3.9 本章小结
第四章 GPS定位坐标的求解与 GPS导航算法的研究
4.1 GPS 坐标高斯投影变化(B , L) →(y , x)
4.1.1 高斯投影
4.1.2 高斯投影正算公式(B , L) →(y , x)
4.2 GPS 输出格式NMEA0183 数据解析
4.2.1 NMEA0183 介绍
4.2.2 数据接收解析
4.3 GPS 坐标精度、稳定性和准确性实验分析
4.4 电子地图的建立
4.4.1 电子地图采样方法
4.5 直道GPS 导航算法
4.6 路口转弯道GPS 导航算法
4.7 本章小结
第五章 惯导设备与轮速编码器联合导航坐标推算的研究
5.1 惯导航向角磁偏角纠正
5.2 惯导设备输出数据协议
5.3 数据接收程序
5.4 坐标推算算法
5.5 本章小结
第六章GPS/INS导航的组合及 VxWorks控制系统算法实现
6.1 控制系统硬件介绍
6.2 VxWorks 系统开发
6.3 操作系统任务调度策略
6.3.1 基于优先级的强占式任务调度的解析
6.3.2 轮转调度策略的解析
6.3.3 抢占上锁的解析
6.3.4 VxWorks 相比 Windows 实时性优势
6.4 开发环境Tornado 开发方法
6.4.1 Tornado 介绍
6.4.2 开发环境的建立
6.5 GPS/INS 导航组合方法
6.6 VxWorks 控制系统算法实现
6.7 激光雷达避障
6.8 本章小结
第七章 Google地图导航可视化人机界面与实验
7.1 Google 地图导航可视化界面的开发
7.2 实验
7.2.1 全系统融合后导航效果
7.2.2 惯导实验结果
7.3 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文和研究工作
发表的论文
参加的科研项目
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]变电站巡检机器人GPS导航研究[J]. 肖鹏,张彩友,冯华,栾贻青. 传感器与微系统. 2010(08)
[2]低成本MEMS加速度计在组合车辆导航中的应用研究[J]. 张士钰,孙永荣,陈武,沈雪松. 电子测量技术. 2009(11)
[3]农用机器人DGPS导航方法及数据采集[J]. 冯晓霞,安秋,姬长英. 江西农业学报. 2007(09)
[4]基于路标的智能车辆定位[J]. 钱钧,杨汝清,王晨,周启龙,杨明. 上海交通大学学报. 2007(06)
[5]智能车辆的纵向运动控制[J]. 李贻斌,阮久宏,李彩虹,付梦印. 机械工程学报. 2006(11)
[6]久保田插秧机的GPS导航控制系统设计[J]. 张智刚,罗锡文,周志艳,臧英. 农业机械学报. 2006(07)
[7]基于GPS的水陆两栖机器人导航系统的研究[J]. 尹咸阳,边宇枢. 微型电脑应用. 2006(07)
[8]基于SPMC701fm0a的自主移动机器人导航算法的实现[J]. 周爱玉,李欣,刘振山. 信息技术与信息化. 2004(04)
[9]基于多传感器信息融合的自主移动机器人导航算法研究[J]. 周爱玉,李欣,漆新民. 南昌航空工业学院学报(自然科学版). 2004(02)
[10]一种基于DSP的电机控制系统的设计[J]. 陈春明,谢跃雷,晋良念. 桂林电子工业学院学报. 2002(02)
硕士论文
[1]基于多车协作感知的主动安全技术研究[D]. 谢建平.上海交通大学 2009
[2]无人驾驶电动车的底层控制系统设计与实现[D]. 夏永峰.上海交通大学 2007
[3]基于DSP的移动机器人运动控制系统的研究[D]. 田淑杭.中南大学 2004
[4]基于DSP的高性能无刷直流电动机数字控制系统[D]. 刘志强.上海海事大学 2004
本文编号：3589540
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究的背景和意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 军用警用领域
1.3.2 民用领域
1.4 本课题研究内容
1.5 本章小结
第二章 系统总体设计
2.1 总体方案
2.2 传感系统
2.2.1 差分GPS 定位RTK 系统
2.2.2 陀螺仪和轮速编码器导航系统
2.2.3 编码器
2.3 本章小结
第三章 无人车改造设计
3.1 无人车简介
3.1.1 转向电机与驱动器的选择
3.2 转向机构的设计
3.3 前后电机驱动电路
3.4 底层控制器介绍
3.5 系统控制整体方案
3.6 无人车的控制方法
3.6.1 纵向控制
3.6.2 基于模糊控制的转向控制
3.7 后轮车速的计算
3.8 CAN 总线上下层系统通讯协议
3.8.1 CAN 简介
3.8.2 上下层通讯协议的设计
3.9 本章小结
第四章 GPS定位坐标的求解与 GPS导航算法的研究
4.1 GPS 坐标高斯投影变化(B , L) →(y , x)
4.1.1 高斯投影
4.1.2 高斯投影正算公式(B , L) →(y , x)
4.2 GPS 输出格式NMEA0183 数据解析
4.2.1 NMEA0183 介绍
4.2.2 数据接收解析
4.3 GPS 坐标精度、稳定性和准确性实验分析
4.4 电子地图的建立
4.4.1 电子地图采样方法
4.5 直道GPS 导航算法
4.6 路口转弯道GPS 导航算法
4.7 本章小结
第五章 惯导设备与轮速编码器联合导航坐标推算的研究
5.1 惯导航向角磁偏角纠正
5.2 惯导设备输出数据协议
5.3 数据接收程序
5.4 坐标推算算法
5.5 本章小结
第六章GPS/INS导航的组合及 VxWorks控制系统算法实现
6.1 控制系统硬件介绍
6.2 VxWorks 系统开发
6.3 操作系统任务调度策略
6.3.1 基于优先级的强占式任务调度的解析
6.3.2 轮转调度策略的解析
6.3.3 抢占上锁的解析
6.3.4 VxWorks 相比 Windows 实时性优势
6.4 开发环境Tornado 开发方法
6.4.1 Tornado 介绍
6.4.2 开发环境的建立
6.5 GPS/INS 导航组合方法
6.6 VxWorks 控制系统算法实现
6.7 激光雷达避障
6.8 本章小结
第七章 Google地图导航可视化人机界面与实验
7.1 Google 地图导航可视化界面的开发
7.2 实验
7.2.1 全系统融合后导航效果
7.2.2 惯导实验结果
7.3 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文和研究工作
发表的论文
参加的科研项目
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]变电站巡检机器人GPS导航研究[J]. 肖鹏,张彩友,冯华,栾贻青. 传感器与微系统. 2010(08)
[2]低成本MEMS加速度计在组合车辆导航中的应用研究[J]. 张士钰,孙永荣,陈武,沈雪松. 电子测量技术. 2009(11)
[3]农用机器人DGPS导航方法及数据采集[J]. 冯晓霞,安秋,姬长英. 江西农业学报. 2007(09)
[4]基于路标的智能车辆定位[J]. 钱钧,杨汝清,王晨,周启龙,杨明. 上海交通大学学报. 2007(06)
[5]智能车辆的纵向运动控制[J]. 李贻斌,阮久宏,李彩虹,付梦印. 机械工程学报. 2006(11)
[6]久保田插秧机的GPS导航控制系统设计[J]. 张智刚,罗锡文,周志艳,臧英. 农业机械学报. 2006(07)
[7]基于GPS的水陆两栖机器人导航系统的研究[J]. 尹咸阳,边宇枢. 微型电脑应用. 2006(07)
[8]基于SPMC701fm0a的自主移动机器人导航算法的实现[J]. 周爱玉,李欣,刘振山. 信息技术与信息化. 2004(04)
[9]基于多传感器信息融合的自主移动机器人导航算法研究[J]. 周爱玉,李欣,漆新民. 南昌航空工业学院学报(自然科学版). 2004(02)
[10]一种基于DSP的电机控制系统的设计[J]. 陈春明,谢跃雷,晋良念. 桂林电子工业学院学报. 2002(02)
硕士论文
[1]基于多车协作感知的主动安全技术研究[D]. 谢建平.上海交通大学 2009
[2]无人驾驶电动车的底层控制系统设计与实现[D]. 夏永峰.上海交通大学 2007
[3]基于DSP的移动机器人运动控制系统的研究[D]. 田淑杭.中南大学 2004
[4]基于DSP的高性能无刷直流电动机数字控制系统[D]. 刘志强.上海海事大学 2004
本文编号：3589540
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3589540.html
