水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、海洋占地球表面積的71.8％。當(dāng)前，海洋資源爭奪越演越烈，各國對海洋資源的重視程度與日俱增，海洋沖突亦不斷升級。隨著各國對海洋資源的偵查、探測、情報收集等方面作業(yè)越來越頻繁，對于水面無人艇的研發(fā)也越來越受到關(guān)注。導(dǎo)航系統(tǒng)作為水面無人艇最重要的一部分，決定著水面無人艇運(yùn)行的精度和有效性。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strap-down Inertial Navigation Systems，SINS)和全球定位系統(tǒng)(GlobalPositionin

2、g System，GPS)是近年來兩種常用的導(dǎo)航系統(tǒng)，將二者組合使用，不僅可以克服各系統(tǒng)單獨(dú)使用的缺點(diǎn)，還可以充分發(fā)揮各系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的精度和可靠性。本文主要研究基于SINS/GPS的水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)。本文主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)對導(dǎo)航系統(tǒng)所采用MIMU器件進(jìn)行誤差分析建模與標(biāo)定。推導(dǎo)了加速度計、磁力計和陀螺儀的標(biāo)定算法，就本系統(tǒng)所用MIMU并進(jìn)行標(biāo)定實驗，通過傳統(tǒng)標(biāo)定方法和本文使用的標(biāo)定方法對比實驗，驗證了該法

3、的正確性。
　　(2)研究了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的四元數(shù)姿態(tài)解算算法。介紹了當(dāng)前各類姿態(tài)解算方法，推導(dǎo)了一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的四元數(shù)姿態(tài)解算算法的狀態(tài)方程和量測方程，采用該法對所采集MIMU輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行離線半物理實驗驗證，驗證了該法的正確性。
　　(3)對本文所用的SINS/GPS組合導(dǎo)航算法仿真驗證。介紹了SINS/GPS的松組合與緊組合導(dǎo)航算法，針對基于速度與位置的SINS/GPS松組合導(dǎo)航方式，推導(dǎo)了采用速度與位置

4、的SINS/GPS的松組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法，最終給出在非組合條件下與采用SINS/GPS組合的條件下的對比仿真，仿真結(jié)果表明，采用SINS/GPS組合導(dǎo)航的方式能夠使系統(tǒng)精度和可靠性得到提高。
　　(4)設(shè)計并驗證了水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)。對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行器件選型，設(shè)計了水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)電路，繪制了水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控系統(tǒng)PCB圖，給出了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計。對所設(shè)計水面無人艇組合導(dǎo)航系統(tǒng)和主控