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原文传递基于DSP的水下滑翔器组合导航系统设计与算法研究

论文题名：	基于DSP的水下滑翔器组合导航系统设计与算法研究
关键词：	水下滑翔器;导航系统;定位算法;数据融合
摘要：	随着科学技术的发展，水下潜器是对海洋资源进行开发和利用的一个重要工具和手段，无论在民用上还是在军事上都起着重要作用。水下滑翔器是为了满足对海洋资源进行探索与开发以及对海洋环境进行监测的需要，将传统的海洋浮标技术与水下潜器技术结合而设计和研制出的一种特殊的水下潜器。水下滑翔器是一种完全自主式的智能水下潜器，按照预设航线进行滑行并完成相应的任务。而要使滑翔器按照预先设定的航线进行滑行就需要实时的为滑翔器的姿态调节等控制系统提供导航定位信息，因此，需要一个稳定，可靠和高精度的导航定位系统为滑翔器提供导航定位信息。本文围绕水下滑翔器的工作特点和要求以及水下导航环境复杂、信息源少等特点，采用水下惯性导航、卫星导航和地磁导航组合导航定位的方式为水下滑翔器提供导航定位信息。当滑翔器工作于水下时，采用惯性导航和地磁导航组合方式进行导航定位;当滑翔器工作于水面上时可以采用两种方式:一种是惯性导航和卫星导航组合方式，另一种是惯性导航、卫星导航和地磁导航组合方式，为了提高系统的容错性在水面上采用惯性导航、卫星导航和地磁导航组合方式。　　首先，介绍了组合导航的各个子系统的理论基础和导航定位原理，为系统的导航定位算法设计提供理论依据。其次，对系统中的传感器进行误差建模和标定，通过分析传感器的误差特性，建立相应的误差模型，设计相应的误差校正算法，最终实现误差校正。系统中的传感器包括:陀螺仪、加速度计和磁力计。对于陀螺仪采用了静态八位置和速率实验进行误差校正，对于加速度计采用基于直接最小二乘的椭球拟合算法实现误差校正，对于磁力计提出了基于总体最小二乘直接校正算法。再次，对整个系统的硬件进行设计，根据原理图设计和制作PCB板并进行调试。同时，为系统设计了上位机软件，为系统的数据显示、采集提供有效的工具。然后，对系统的导航定位算法进行研究，针对水下滑翔器的工作特点，设计了相应的组合导航定位算法。主要的组合方式包括:惯性导航和卫星导航组合，惯性导航和地磁导航组合，惯性导航、卫星导航和地磁导航组合。针对每一种组合方式，建立数据融合模型，利用卡尔曼滤波实现数据融合。最后，进行一系列的实验，对系统各部分性能进行验证，包括对传感器校正的实验验证，以及各种组合导航方式的仿真实验验证，同时，也进行了车载实验，利用实际的数据进行实验验证和系统性能评估。　　总之，本文对水下滑翔器的组合导航定位系统的硬件和软件进行设计，并针对导航系统各部分算法进行研究，包括传感器的误差校正和系统的导航定位算法，进行了大量实验验证，实现了导航定位的功能。
作者：	吕才平
专业：	仪器科学与技术
导师：	陈熙源
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文