基于Radar-scanner-INS的微小型旋翼無人機(jī)室內(nèi)組合導(dǎo)航與控制的研究.pdf

1、室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)是微小型旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)飛行控制的重要環(huán)節(jié)。在室內(nèi)環(huán)境中，無法使用GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于Radar-scanner/INS的室內(nèi)組合導(dǎo)航方案，并對(duì)四旋翼平臺(tái)進(jìn)行建模和控制器的設(shè)計(jì)。論文的主要工作及貢獻(xiàn)如下:
　　首先選擇四旋翼為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，綜合考慮成本、功能、性能和負(fù)載等因素，搭建適合于導(dǎo)航與飛行控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，并設(shè)計(jì)開發(fā)軟件系統(tǒng)。
　　隨后提出一種基于Radar-scanner

2、/INS的室內(nèi)導(dǎo)航方案。為提高算法的實(shí)時(shí)性，采用基于EKF的D&CSLAM算法配合激光雷達(dá)傳感器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位和構(gòu)圖;對(duì)由激光雷達(dá)數(shù)據(jù)組成的輪廓地圖進(jìn)行特征提取，用于特征配對(duì);在D&CSLAM算法中加入掃描匹配(ScanMatching)，融合INS和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，以提高狀態(tài)更新值的精度，同時(shí)在掃描匹配過程中提出啟發(fā)性邏輯來篩選激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，以提高算法對(duì)因姿態(tài)變化而引起的輪廓地圖波動(dòng)的抗干擾性;在基于JCBB的特征匹配過程中借助掃描匹配的

3、結(jié)果和特征匹配的傳遞性提出精度較高的引導(dǎo)配對(duì)，以提高在三維動(dòng)態(tài)環(huán)境中特征配對(duì)的準(zhǔn)確性;最后，將D&CSLAM與INS進(jìn)行基于EKF的組合濾波，給出無人機(jī)的狀態(tài)估計(jì)。
　　為驗(yàn)證D&CSLAM/INS室內(nèi)組合導(dǎo)航系統(tǒng)能夠用于實(shí)際的飛行控制，本文以四旋翼為對(duì)象，在懸停點(diǎn)附近建立了四通道對(duì)象模型:俯仰通道、橫滾通道、偏航通道和垂直通道，接著根據(jù)模型特性建立四通道PID串級(jí)控制器，并結(jié)合控制算法、控制期望和實(shí)際飛行結(jié)果，對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行

4、整定。
　　最后在四旋翼平臺(tái)上設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，首先是基于GPS/INS的室外飛行控制實(shí)驗(yàn)，內(nèi)環(huán)跟蹤控制響應(yīng)比較迅速，外環(huán)階躍響應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能也能達(dá)到預(yù)期要求，航線飛行的實(shí)際結(jié)果與預(yù)設(shè)航線基本一致，表明飛行控制系統(tǒng)能夠用于實(shí)際的四旋翼平臺(tái);接著在無動(dòng)力狀態(tài)下，進(jìn)行D&CSLAM的定位性能實(shí)驗(yàn)以及D&CSLAM/INS與GPS/INS的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，D&CSLAM的定位誤差和構(gòu)圖誤差均不超過10cm，有較高的定位精度，D&CSLAM/INS