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潜用惯性/地磁组合航姿基准系统研究
| 论文题名： | 潜用惯性/地磁组合航姿基准系统研究 |
| 关键词： | 水下机器人;惯性导航系统;地磁传感器;组合航姿基准系统;联邦卡尔曼滤波器;数据融合;多普勒计程仪 |
| 摘要： | 近30年来,水下机器人得到了高速发展;高精度的导航是水下机器人获取有效信息的必要条件,确保其能够安全作业及返航。由于水下环境的多样性与复杂性,使各种导航系统单独使用时都很难满足水下机器人的导航要求。目前,水下导航多采取以惯性导航系统为主,以阵列声纳、多普勒速度计、磁罗经和深度计等传感器为辅的组合导航系统,这种方法在水下机器人上很有效。 本课题采用惯性导航系统组合以地磁传感器及多普勒计程仪,构成组合航姿系统;采用联邦卡尔曼滤波器来实现与地磁传感器及多普勒计程仪的数据融合,实现了组合航姿基准系统的基本功能。 论文工作主要包括以下几个方面: (1)首先根据课题的目的和其具体要求,对所需的陀螺和加速度计进行元器件选型。 (2)构建基于SOPC的嵌入式系统,这是系统的硬件平台,后续的导航算法与误差补偿都要在这个平台上得以实现。从光纤陀螺、石英挠性加速度计、GPS接收机、多普勒计程仪和地磁传感器这5个主要器件的原理、性能入手,对系统进行了整体构成与设计,主要包括电路板设计、电气连接、SOPC内核构建和底层驱动设计。 (3)详细分析了各个惯性传感器的误差模型,进行标定试验得到加速度计和陀螺的各项误差参数。由于加速度计、陀螺仪、地磁传感器等敏感元件的刻度系数、零偏等参数受环境的影响较大;因此设计了一种六位置标定方法,可在野外环境下对各传感器的标度因数、零偏重新进行标定以修正其偏差。 (4)研究捷联惯导系统的两种解算结构:四元数法和旋转矢量法;对旋转矢量的三子样算法进行研究,对锥运动条件下的旋转矢量进行算法优化,初步估计了该算法的算法漂移。用matlab进行仿真试验,证明了本系统所设计的算法精度较高。设计整个系统数据融合的基本算法,通过仿真分析,证明该滤波算法能够有效的提高组合航姿基准系统的姿态解算精度。 (5)选取卫星导航定位法,以GPS定位系统给出的信号为基准,标定捷联惯性导航系统和多普勒计程仪的安装误差以及多普勒计程仪的刻度系数。进行水上实验,验证该标定方法简单有效,通过对实验数据进行分析,证明组合导航系统在标定后,其定位精度有了大幅度的提高。 |
| 作者： | 于玖成 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 何昆鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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