基于DSP的水下滑翔器組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水下潛器是對(duì)海洋資源進(jìn)行開發(fā)和利用的一個(gè)重要工具和手段，無(wú)論在民用上還是在軍事上都起著重要作用。水下滑翔器是為了滿足對(duì)海洋資源進(jìn)行探索與開發(fā)以及對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的需要，將傳統(tǒng)的海洋浮標(biāo)技術(shù)與水下潛器技術(shù)結(jié)合而設(shè)計(jì)和研制出的一種特殊的水下潛器。水下滑翔器是一種完全自主式的智能水下潛器，按照預(yù)設(shè)航線進(jìn)行滑行并完成相應(yīng)的任務(wù)。而要使滑翔器按照預(yù)先設(shè)定的航線進(jìn)行滑行就需要實(shí)時(shí)的為滑翔器的姿態(tài)調(diào)節(jié)等控制系統(tǒng)提供導(dǎo)航定位信息，

2、因此，需要一個(gè)穩(wěn)定，可靠和高精度的導(dǎo)航定位系統(tǒng)為滑翔器提供導(dǎo)航定位信息。本文圍繞水下滑翔器的工作特點(diǎn)和要求以及水下導(dǎo)航環(huán)境復(fù)雜、信息源少等特點(diǎn)，采用水下慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航和地磁導(dǎo)航組合導(dǎo)航定位的方式為水下滑翔器提供導(dǎo)航定位信息。當(dāng)滑翔器工作于水下時(shí)，采用慣性導(dǎo)航和地磁導(dǎo)航組合方式進(jìn)行導(dǎo)航定位;當(dāng)滑翔器工作于水面上時(shí)可以采用兩種方式:一種是慣性導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航組合方式，另一種是慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航和地磁導(dǎo)航組合方式，為了提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性在水面

3、上采用慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航和地磁導(dǎo)航組合方式。
　　首先，介紹了組合導(dǎo)航的各個(gè)子系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和導(dǎo)航定位原理，為系統(tǒng)的導(dǎo)航定位算法設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。其次，對(duì)系統(tǒng)中的傳感器進(jìn)行誤差建模和標(biāo)定，通過(guò)分析傳感器的誤差特性，建立相應(yīng)的誤差模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的誤差校正算法，最終實(shí)現(xiàn)誤差校正。系統(tǒng)中的傳感器包括:陀螺儀、加速度計(jì)和磁力計(jì)。對(duì)于陀螺儀采用了靜態(tài)八位置和速率實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差校正，對(duì)于加速度計(jì)采用基于直接最小二乘的橢球擬合算法實(shí)現(xiàn)誤差校正，對(duì)

4、于磁力計(jì)提出了基于總體最小二乘直接校正算法。再次，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)原理圖設(shè)計(jì)和制作PCB板并進(jìn)行調(diào)試。同時(shí)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)了上位機(jī)軟件，為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示、采集提供有效的工具。然后，對(duì)系統(tǒng)的導(dǎo)航定位算法進(jìn)行研究，針對(duì)水下滑翔器的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的組合導(dǎo)航定位算法。主要的組合方式包括:慣性導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航組合，慣性導(dǎo)航和地磁導(dǎo)航組合，慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航和地磁導(dǎo)航組合。針對(duì)每一種組合方式，建立數(shù)據(jù)融合模型，利用卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融