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低成本GNSS/IMU组合罗经设计
| 论文题名： | 低成本GNSS/IMU组合罗经设计 |
| 关键词： | 组合罗经;惯性器件;GNSS;姿态测量;卡尔曼滤波;数据融合 |
| 摘要： | 船舶在水上航行时，如何快速准确地获得载体航向与水平姿态信息一直是行业内工程研究的一大重点。传统的捷联惯性导航系统误差会随着时间不断累积，无法满足长时高精度的姿态测量需求。随着全球卫星导航技术的不断发展，高精度卫星导航定位和测向技术在海上船舶导航领域得到了日益广泛的应用，可以有效的弥补传统惯性导航系统的不足。本文针对船用罗经的应用需求，设计了一套低成本组合罗经，提出了将全球卫星导航系统RTK技术应用于GNSS姿态测量算法当中，并与IMU相结合，得到高精度的姿态测量信息。 本文首先阐述了惯性测量基础理论，选择四元数法进行惯性姿态解算，在RTK高精度定位的基础上设计了双GNSS接收机姿态测量算法，基于卡尔曼滤波理论推导了组合系统的状态方程和观测方程，并通过仿真验证了系统性能。 其次，在组合姿态测量算法的基础上，完成了系统硬件设计与软件设计。系统主要包含数据采集和微处理器导航解算两大模块，ARM微处理器分别通过UART接口和SPI接口与GNSS接收机NEO-M8U和六自由度惯性传感器ADIS16485进行通信完成数据采集，硬件上设计了微处理器板、惯性器件板、两组GNSS接收机板的硬件组合架构，并完成了系统硬件调试。在软件设计方面采用模块化思想，完成了数据采集、姿态解算与数据融合、数据存储及通信显示等各模块的软件实现。设计了基于QT的上位机控制面板与显示界面，对上述模块进行参数设定、功能调用与信息显示，下位机组合系统部分通过USB接口和RS232串口连接上位机进行供电和数据通信。 最后，论文完成了系统各模块调试和整机测试，验证了系统设计方案的可行性。进行了静态实验和动态实验，验证了系统在静态和动态条件下均能实现高精度的姿态测量，满足船舶的实际应用需求，具有一定的工程应用价值。 |
| 作者： | 白惠心 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 刘繁明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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