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无人驾驶水样采集船关键技术研究
| 论文题名： | 无人驾驶水样采集船关键技术研究 |
| 关键词： | 水样采集船;无人驾驶;硬件模块;导航系统;通信模式 |
| 摘要： | 无人船是一种小型的水面自主航行载体，早期的时候主要应用于军事领域，能够代替人类完成一些作战任务，比如维护海上和港口安全、反恐保护、反雷、反潜等。后来，逐渐广泛应用于各种民用领域，包括探南极冰架，检查水下石油和天然气管道，调查原油泄露的影响，深海摄影调查，维护海底设施，进行海洋学研究等。如今，电子技术和导航控制技术发展地非常迅速，逐渐解决了一些无人船工程和理论上的难题，无人船已经成为国内外的研究热点，本文是设计一种完全自主、低成本、精度高的无人船用于环境监测领域，能够增加环境监测人员的安全系数，还能使环境监测部门及相关行业的工作效率得到显著的提高。 首先，本文根据水域测量领域的设计需求，提出了一个完整的系统方案，包括船载系统的设计和地面站系统的设计。详细介绍了无人船船载系统的硬件模块的设计，包括了如下模块的选型:核心处理器模块、姿态传感器模块和GPS接收机模块等设备。无人船的软件平台选择使用得到广泛应用的嵌入式Linux，本文所有的算法和程序都是基于这个平台，使用c语言开发。 其次，本文的一个研究重点是无人船导航系统的设计，为了获得无人船的姿态信息，读取姿态传感器中加速度、角速度、磁力强度的大小，使用两种方法来得出姿态信息，一种是使用基于欧拉角的离散卡尔曼滤波器算法，另一种是使用基于四元数的扩展卡尔曼滤波器算法，实验结果表明第二种滤波算法效果更好，当静止的时候，收敛速度更快，并且可以方便地进行全姿态的测量。为了获得无人船的实时速度还有位置信息，选择从GPS接收机读取卫星发送过来的数据，然后经过解析得到。 然后，介绍了无人船的通信系统的设计，通信方式使用Wi-Fi，地面站和无人船之间的传输层协议使用UDP协议，应用层协议使用MAVLink协议。介绍了核心处理器和其它设备之间通信接口的实现，即串口通信和I2C通信在Linux平台下的编程实现。 最后，介绍了无人船整个船载系统的软件设计，使用硬件抽象层、模块层、配置层三层的软件结构，然后划分出不同的任务模块，使用Linux多线程来实现不同任务的并发执行，着重介绍了通信任务、姿态任务、GPS任务、控制任务的实现。使用c＃编写了地面站软件的测试版本，并进行了下水实验，验证了整个系统的可行性。 |
| 作者： | 李峰 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 栗华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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