多移动监测站协同定位研究

发布时间：2020-10-17 20:05

　　 在灾害救援、环境监测等复杂环境中,普遍要求移动监测站能够准确提供自身的位置信息,而移动监测站自身的位置信息对于监测任务的完成至关重要,目前应用在移动监测站上的民用低成本精度高的位姿测量关键技术正得到越来越多的学者的关注。GPS/SINS组合定位技术因其在弥补单一定位方式长时间定位精度低的同时,更能够发挥出单一定位方式独特的优势,因而被广泛应用于移动监测站的自身定位领域。随着微机电系统的飞速发展,基于MEMS的GPS/SINS组合定位技术正成为移动监测站自身定位领域的研究热点。目前在民用消费级的应用场景中,利用无人机携带摄像机在任务现场实时采集目标图像,然后通过无线技术手段传回到控制中心,这种方式的局限在于无法实时确定无人机本身的位置信息。本文首先研究了GPS/SINS组合定位技术,并利用该技术来实现对单移动监测站的定位。其次针对多个移动监测站同时执行任务的情形,在实现单移动监测站自身定位的基础上,研究了多个移动监测站协同自定位的方法。针对单移动监测站自身的定位问题,研究利用GPS/SINS组合定位技术来实现单站自身定位的方法,建立GPS/SINS系统的误差模型,推导组合定位系统的误差方程,研究利用间接滤波法来处理GPS/SINS的非线性模型,通过理论以及实际测试实验对定位效果进行测试,结果表明,该方法可有效改善直接线性化处理GPS/SINS系统模型造成的高阶项丢失的问题,单站的定位精度圆概率误差可达2.8米。针对多移动监测站的协同自身定位问题,将多站之间的相对观测量引入扩展卡尔曼自定位算法中,充分利用各监测站测得的自身位置信息以达到更加精确定位的目的,并建立了协同定位系统的模型,进行了算法公式的推导,通过半实物仿真结果表明,双移动监测站的协同定位精度可达2.1米,并具有良好的稳定性,为多移动监测站协同定位技术的进一步应用打下一定的基础。
【学位单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN967.2
【部分图文】：

三轴磁力计微型控制系统MCU上位机惯性测量单元IICIICSD卡数据存储模块SDIOUART三轴陀螺仪三轴加速度计IIC图 2.1.5 SINS 硬件原理图2）实验测试利用上述搭建的硬件测试平台，在校园实际场景中进行实地测试，为了方便进行实际距离的测量，选择的行走路线与实际的纬度平行的一条路线总时长在400s，总长度在340m共进行 10 组测试，实际实验场景如下图 2.1.6 所示。

其中：初始位置为：经度：108.98122°、纬度：34.382891°。表 2.1 参数设定参量 差值陀螺仪常值漂移 0.1 度/小时加速度计偏置值 50ug位置测量误差 水平 0.1m，垂直 0.15m速度测量误差 0.01m/s初始姿态误差 航向 0.5°，俯仰/横滚 0.1°初始速度误差 东向/北向/天向：0.05m/s微控制器 STM32 解算出的姿态、速度和位置数据通过串口发送给上位机，将所测得的实验数据导入 MATLAB 进行仿真分析结果如下图所示。

图 2.1.8 经纬度随时间变化得到在运动的过程中，载体的运动轨迹图以及姿态角的实时变化图，经过实际测通过 MATLAB 还原运动轨迹位置信息，其部分仿真结果如图 2.1.7 和图 2.1.8 观察仿真结果可知，载体在运动的过程中，随着时间的增长，载体的速度以及位现的误差越来越大，这与导航系统中因误差的积累而逐渐出现的精度下降的原。通过对仿真结果的计算，由图 2.1.7 可以看出随着时间的增长，航向角和俯仰度会有变化，但总体保持稳定的趋势。根据经纬度距离转换公式以及图 2.1.8 的结果，将经纬度转换为距离结果表明，的增长 30s 内的位置精度为 1m，100s 内的位置精度为 3m，随后随着时间的推性能下降严重，在 5min 时的定位精度已达到近百米。分析以上结果可以得到如（1）SINS 在短时间内的导航参数精度较高，60s 内水平方向的位置精度优于 （2）误差的不断积累使得精度下降明显，在第 320s 时，位置误差已接近 100m00s 时，位置误差已高达数十公里，这说明 SINS 难以长时间独立工作。
【参考文献】

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本文编号：2845260