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基于MEMSGPS的微型无人机复合姿态定位系统研究

作者:365bet手机体育投注      发布日期:2019-04-14   点击:

基于MEMS / GPS的微型无人机姿态与位置组合系统研究
陆金婷
【概述】微型无人机具有成本低,功耗低,机动性高,遮盖力强的优点。近年来,它们在军事和民用领域迅速发展。
姿势系统是为无人驾驶飞行器提供姿势和航向信息以及确保无人机安全所需的航空航空电子系统之一。
传统的无人机姿态系统昂贵且笨重并且不适用于小型无人驾驶飞机。
本文的研究内容是开发微型无人机姿态系统,完成无人机姿态角的实时求解,为姿态控制回路提供必要的测量反馈。
考虑到低成本,低功耗和小型化,本文在微惯性MEMS中使用精度和GPS装置的组合来测量姿势。
本文的主要工作如下。
(1)针对MEMS惯性器件误差大,误差源多的问题,分析了MEMS传感器误差源,建立了传感器误差模型。
了解MEMS传感器,MEMS加速度计,MEMS陀螺仪的误差特性,以及基于激励,等速激励和最小二乘重力场方法的磁力计补偿和误差方法。每次递归都给出了。
该方法简单有效,具有工程应用价值,适用于低成本MEMS惯性器件的误差校准。
(2)在基于重力场矢量/地面磁场观测的姿态系统中,易受载波运动加速度的影响。已经提出使用GPS导出运动加速度以便提高载体姿态的测量精度。
结合无人机运动的特点,将GPS多普勒速度测量用作观测测量,并通过JERK模型建立卡尔曼滤波器方程以导出运动加速度。
通过使用TRIAD算法加速GPS,加速度计和磁力计来构建矢量观测方程。为了求解二次数问题作为状态向量,误差协方差矩阵的奇异性和四元数的加权平均,我们提出了一个基于欧拉角的UKF,算法使用四元数完成处理。通过更新欧拉角姿态,解决了欧拉角不能以完美姿态运行的问题。
(3)研究了基于梯度下降算法的互补四元数滤波算法。梯度校正方法用于以互补滤波四元数的形式构造反馈校正,以执行四元数误差校正和自旋漂移估计。
对于应用过程中过滤器参数设置的主观性和随机性,使用粒子组优化算法优化过滤器参数。
在机动的情况下,GPS加速度补偿加速度计用于获得重力场的真实三轴分量。
最后,本文研究了两种算法进行半物理仿真实验,结果表明两种算法均具有良好的性能,能够满足微型无人机的要求。
(4)本文采用基于“ARM + MEMS + GPS(OEM板)”架构的姿态和姿态系统硬件平台,完成姿态和姿态系统原型。
对于ADS1。
2在集成开发环境中,使用模块设计的思想完成了姿势和姿势系统软件的设计。
最后,对设计的姿态系统进行了物理验证和精确分析。结果表明,所设计的姿态系统在静态和动态条件下都具有令人满意的姿态测量精度。
[学位奖励单位]:南京航空航天大学[学位]:理学硕士课程[成绩]:2013年[分类号]:V279; V249
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