潛用慣性-地磁組合航姿基準系統(tǒng)研究.pdf

1、近30年來,水下機器人得到了高速發(fā)展;高精度的導(dǎo)航是水下機器人獲取有效信息的必要條件,確保其能夠安全作業(yè)及返航。由于水下環(huán)境的多樣性與復(fù)雜性,使各種導(dǎo)航系統(tǒng)單獨使用時都很難滿足水下機器人的導(dǎo)航要求。目前,水下導(dǎo)航多采取以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為主,以陣列聲納、多普勒速度計、磁羅經(jīng)和深度計等傳感器為輔的組合導(dǎo)航系統(tǒng),這種方法在水下機器人上很有效。
　　本課題采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組合以地磁傳感器及多普勒計程儀,構(gòu)成組合航姿系統(tǒng);采用聯(lián)邦卡爾曼濾波器

2、來實現(xiàn)與地磁傳感器及多普勒計程儀的數(shù)據(jù)融合,實現(xiàn)了組合航姿基準系統(tǒng)的基本功能。
　　論文工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)首先根據(jù)課題的目的和其具體要求,對所需的陀螺和加速度計進行元器件選型。
　　(2)構(gòu)建基于SOPC的嵌入式系統(tǒng),這是系統(tǒng)的硬件平臺,后續(xù)的導(dǎo)航算法與誤差補償都要在這個平臺上得以實現(xiàn)。從光纖陀螺、石英撓性加速度計、GPS接收機、多普勒計程儀和地磁傳感器這5個主要器件的原理、性能入手,對系統(tǒng)進行了整

3、體構(gòu)成與設(shè)計,主要包括電路板設(shè)計、電氣連接、SOPC內(nèi)核構(gòu)建和底層驅(qū)動設(shè)計。
　　(3)詳細分析了各個慣性傳感器的誤差模型,進行標定試驗得到加速度計和陀螺的各項誤差參數(shù)。由于加速度計、陀螺儀、地磁傳感器等敏感元件的刻度系數(shù)、零偏等參數(shù)受環(huán)境的影響較大;因此設(shè)計了一種六位置標定方法,可在野外環(huán)境下對各傳感器的標度因數(shù)、零偏重新進行標定以修正其偏差。
　　(4)研究捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的兩種解算結(jié)構(gòu):四元數(shù)法和旋轉(zhuǎn)矢量法;對旋轉(zhuǎn)矢量的三

4、子樣算法進行研究,對錐運動條件下的旋轉(zhuǎn)矢量進行算法優(yōu)化,初步估計了該算法的算法漂移。用matlab進行仿真試驗,證明了本系統(tǒng)所設(shè)計的算法精度較高。設(shè)計整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合的基本算法,通過仿真分析,證明該濾波算法能夠有效的提高組合航姿基準系統(tǒng)的姿態(tài)解算精度。
　　(5)選取衛(wèi)星導(dǎo)航定位法,以GPS定位系統(tǒng)給出的信號為基準,標定捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒計程儀的安裝誤差以及多普勒計程儀的刻度系數(shù)。進行水上實驗,驗證該標定方法簡單有效,通過對