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小型水面无人船航行状态感知系统研究
| 论文题名： | 小型水面无人船航行状态感知系统研究 |
| 关键词： | 船舶姿态;惯导系统;小波去噪;无人船 |
| 摘要： | 随着中国经济的不断发展，航运事业迅猛发展。建设畅通、高效、平安、绿色的现代化内河航运体系已上升为国家战略。由于海事机构人员编制、装备有限，安全监管巡航成本高、覆盖面小，现有的船艇装备无法在高危环境下开展巡航搜救或应急反应，制约了海事业务的发展。开展无人船的研究，有助于提升海事巡航搜救能力和效率，为“航行更安全和海洋更清洁”做出重要贡献。 获取无人船的航行状态信息是实现无人船智能航行的基础。无人船航行控制的有效性在很大程度上依赖于准确的航行状态信息。本文完成的主要工作如下： （1）本文根据无人船航行控制需求，提出了一套无人船航行状态感知系统。该系统采用高精度惯导传感器，由三轴正交的加速度计和MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）陀螺仪分别感应x轴、y轴、z轴的加速度和角速度。该系统可实现对在航无人船舶三个轴向的加速度和俯仰角、横倾角、航向角的连续测量，也可用于速度和位置的动态计算。同时完成了系统供电单元的设计以及相关传感器的安装布设等。 （2） MEMS陀螺仪的随机噪声很大程度上影响了航行状态感知系统的标定精度。由于MEMS陀螺信号是一种非平稳随机信号，随机噪声大，传统去噪方法已经达不到预定的效果。本文利用小波变换阈值去噪方法对MEMS陀螺数据进行去噪处理，并采用Allan方差法方法对去噪前后的测试数据进行比较分析。 （3）本文对无人船航行状态信息感知系统软件的界面、模块、功能进行了设计。从框架上说，软件分为CAN通信模块、接收回显模块、数据解析与显示模块、数据存储模块。通过这些模块实现CAN通信、状态信息实时显示、数据信息记录入库等任务。 （4）系统构建完成之后，由于安装误差，惯导传感器所在的数字坐标系与无人船所在的载体坐标系不重合。通过无人船一段时间在水中静置，来辨识两个坐标系的重合误差，将数字坐标系中的三轴姿态角转换为无人船的姿态角，并对船舶初始位置进行校准。本文对该系统进行了多次实船搭载实验，对试验数据进行处理，验证了系统的有效性。 |
| 作者： | 陈真义 |
| 专业： | 智能交通工程 |
| 导师： | 初秀民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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