微型无人机三维空间定位研究
发布时间：2021-08-31 18:11
无人机因具有成本低、损耗少、不会出现伤亡情况等众多优点,已在军事、民用和科学研究三大领域得到了广泛的应用,是目前发展迅速的高新技术之一。微型无人机相对大中型无人机具有体积更小、造价更低、灵活性更高等优点,因此在民用和科研领域更受关注。然而,微型无人机也因质量小、惯性较小的原因容易受到环境中气流等因素的影响,导致在飞行过程中经常出现偏离航线的情况,因此亟需对微型无人机进行精准且实时的定位。遗憾的是,虽然目前针对大型无人机的定位研究已经比较成熟,但其常用方法,如多普勒测地速、雷达等,因所需设备结构复杂、体积和重量大、价格昂贵等因素,并不适用于微型无人机系统。本课题结合无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）节点定位算法与捷联惯性导航系统（Strap-downInertial Navigation System,SINS）实现在三维空间内对微型无人机的精准实时定位。利用WSN成本低,易于扩展等特点,进一步修正微型无人机内嵌的SINS定位结果,提出一种精度高、速度快、适用于微型无人机系统的定位方法。课题首先研究了 SINS惯性器件（陀螺仪和加速度计）及其解算过...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＳＩＮＳ定位效果图??
计算单元??图２－２?ＴＯＡ算法示意图??如图２－２所示，在ＳＩＮＳ中，用陀螺仪测量得到无人机的角速度数据是无人??机轴向坐标系也就是载体坐标系相对于惯性坐标系的。该角速度减去导航坐标系??相对惯性坐标系的角速度（该角速度可以根据导航坐标系的设定而预先得知），??可以获得无人机轴向坐标系相对于导航坐标系的角速度，根据得到的角速度数据??可以计算出姿态矩阵在获得姿态矩阵之后，根据姿态矩阵把加速度计测量的??无人机比力信息从沿无人机轴向坐标系的方向变换到导航坐标系方向，就得到沿??导航坐标轴的加速度数据。之后进行导航计算得出无人机的位置和速度信息。同??时，姿态计算可以推算获得无人机的姿态信息。其中，比力信息为加速度计测得??的无人机相对惯性坐标系的绝对加速度和引力加速度之和。这个过程中的姿态计??算、坐标变化和导航计算是在计算中心的计算单元完成的。??２．３．１捷联惯性导航系统定位常用坐标系??在ＳＩＮＳ定位中，只有在一定的坐标系下物体的加速度、位置坐标和姿态角??等信息才具有意义，在导航计算中需要进行坐标系之间的转换，下面对不同的坐??标系进行简要的介绍［３６］。??
汇聚节点是与传感器节点相比，在数据处理、信息存储、收发通信等??方面能力都更强的节点，用来实现传感网和互联网之间的通信。管理节点也就是??终端用户。具体的ＷＳＮ结构工作模型如图３－１所示。??＾?ｔ?汇聚节点＾互联网?ｊ??（?？１??（?移动通信网络、ｙ??７?＼?管理节点??麵区域?传感碰??图３－１?ＷＳＮ结构工作模型??ＷＳＮ工作过程可以简单描述为：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RSSI的室内定位算法[J]. 江世源,李国权,庞宇,贺焱秋,徐洋. 信息通信. 2018(04)
[2]基于数据融合的多旋翼无人机定位控制器设计[J]. 王庆贺,万刚,曹雪峰,谢理想. 系统仿真学报. 2016(10)
[3]基于扩展卡尔曼滤波算法的无人机定位[J]. 杨润丰,骆春波,张智聪,李铭钊. 电讯技术. 2016(01)
[4]一种轻型无人机定位及航向校正方法[J]. 于云龙,茹乐. 计算机仿真. 2015(11)
[5]一种基于SBL和APIT的混合定位算法[J]. 韩睿松,杨维. 传感技术学报. 2014(08)
[6]基于雷达–扫描器/惯性导航系统的微小型无人机室内组合导航[J]. 孔天恒,方舟,李平. 控制理论与应用. 2014(05)
[7]基于光流和惯性导航的小型无人机定位方法[J]. 宋宇,翁新武,郭昕刚. 传感器与微系统. 2015(01)
[8]一种基于改进Bounding Box的移动信标辅助节点定位算法[J]. 左丹,肖胜,雷新海. 指挥控制与仿真. 2012(01)
[9]基于锚球交域重心的WSN三维定位算法研究[J]. 夏心江,胡钢,王烨华. 计算机工程与应用. 2013(10)
[10]Bounding Cube:一种无线传感器网络节点三维定位算法[J]. 李娟,王珂,卢长刚. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2009(06)
硕士论文
[1]基于惯性测量和RSSI的个人室内定位系统[D]. 胡伟娅.上海交通大学 2013
[2]基于UWB的室内定位技术研究[D]. 张忠娟.天津大学 2012
[3]捷联惯性导航算法及其实现[D]. 魏资桓.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3375370
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?ＳＩＮＳ定位效果图??
计算单元??图２－２?ＴＯＡ算法示意图??如图２－２所示，在ＳＩＮＳ中，用陀螺仪测量得到无人机的角速度数据是无人??机轴向坐标系也就是载体坐标系相对于惯性坐标系的。该角速度减去导航坐标系??相对惯性坐标系的角速度（该角速度可以根据导航坐标系的设定而预先得知），??可以获得无人机轴向坐标系相对于导航坐标系的角速度，根据得到的角速度数据??可以计算出姿态矩阵在获得姿态矩阵之后，根据姿态矩阵把加速度计测量的??无人机比力信息从沿无人机轴向坐标系的方向变换到导航坐标系方向，就得到沿??导航坐标轴的加速度数据。之后进行导航计算得出无人机的位置和速度信息。同??时，姿态计算可以推算获得无人机的姿态信息。其中，比力信息为加速度计测得??的无人机相对惯性坐标系的绝对加速度和引力加速度之和。这个过程中的姿态计??算、坐标变化和导航计算是在计算中心的计算单元完成的。??２．３．１捷联惯性导航系统定位常用坐标系??在ＳＩＮＳ定位中，只有在一定的坐标系下物体的加速度、位置坐标和姿态角??等信息才具有意义，在导航计算中需要进行坐标系之间的转换，下面对不同的坐??标系进行简要的介绍［３６］。??
汇聚节点是与传感器节点相比，在数据处理、信息存储、收发通信等??方面能力都更强的节点，用来实现传感网和互联网之间的通信。管理节点也就是??终端用户。具体的ＷＳＮ结构工作模型如图３－１所示。??＾?ｔ?汇聚节点＾互联网?ｊ??（?？１??（?移动通信网络、ｙ??７?＼?管理节点??麵区域?传感碰??图３－１?ＷＳＮ结构工作模型??ＷＳＮ工作过程可以简单描述为：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RSSI的室内定位算法[J]. 江世源,李国权,庞宇,贺焱秋,徐洋. 信息通信. 2018(04)
[2]基于数据融合的多旋翼无人机定位控制器设计[J]. 王庆贺,万刚,曹雪峰,谢理想. 系统仿真学报. 2016(10)
[3]基于扩展卡尔曼滤波算法的无人机定位[J]. 杨润丰,骆春波,张智聪,李铭钊. 电讯技术. 2016(01)
[4]一种轻型无人机定位及航向校正方法[J]. 于云龙,茹乐. 计算机仿真. 2015(11)
[5]一种基于SBL和APIT的混合定位算法[J]. 韩睿松,杨维. 传感技术学报. 2014(08)
[6]基于雷达–扫描器/惯性导航系统的微小型无人机室内组合导航[J]. 孔天恒,方舟,李平. 控制理论与应用. 2014(05)
[7]基于光流和惯性导航的小型无人机定位方法[J]. 宋宇,翁新武,郭昕刚. 传感器与微系统. 2015(01)
[8]一种基于改进Bounding Box的移动信标辅助节点定位算法[J]. 左丹,肖胜,雷新海. 指挥控制与仿真. 2012(01)
[9]基于锚球交域重心的WSN三维定位算法研究[J]. 夏心江,胡钢,王烨华. 计算机工程与应用. 2013(10)
[10]Bounding Cube:一种无线传感器网络节点三维定位算法[J]. 李娟,王珂,卢长刚. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2009(06)
硕士论文
[1]基于惯性测量和RSSI的个人室内定位系统[D]. 胡伟娅.上海交通大学 2013
[2]基于UWB的室内定位技术研究[D]. 张忠娟.天津大学 2012
[3]捷联惯性导航算法及其实现[D]. 魏资桓.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3375370
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