視覺慣性及衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，低成本微機(jī)械慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在消費(fèi)電子領(lǐng)域，特別是在旋翼式飛行器、相機(jī)穩(wěn)定平臺(tái)、虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為了滿足市場需求，實(shí)現(xiàn)低成本微機(jī)械陀螺儀的批量化生產(chǎn)，現(xiàn)階段市場中微機(jī)械慣性器件的主要材料為硅。但硅基微機(jī)械慣性器件的輸出噪聲大，零偏易受環(huán)境溫度影響，故而由其構(gòu)成的導(dǎo)航系統(tǒng)僅能提供姿態(tài)信息，無法給出定位測速信息。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與單目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)則分別能在室外與室內(nèi)完成定位測速任務(wù)，但受導(dǎo)航系統(tǒng)尺寸等因素限制

2、，無法進(jìn)行姿態(tài)測量。本文以低成本微機(jī)械慣性、衛(wèi)星及視覺導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)組合導(dǎo)航算法，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)及室外環(huán)境的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容和取得的成果概述如下：
　　1.建立姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)坐標(biāo)系，推導(dǎo)坐標(biāo)變換關(guān)系；推導(dǎo)微機(jī)械慣性器件輸出模型，并結(jié)合該模型給出利用三軸轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行標(biāo)度因數(shù)、零偏以及安裝誤差矩陣的標(biāo)定方法；結(jié)合離散擴(kuò)展卡爾曼濾波器原理，以姿態(tài)四元數(shù)為狀態(tài)變量，姿態(tài)角為觀測值設(shè)計(jì)姿態(tài)估計(jì)算法；設(shè)計(jì)并完成微機(jī)械姿態(tài)估計(jì)及衛(wèi)星定

3、位系統(tǒng)硬件及軟件，并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。
　　2.建立單目視覺定位系統(tǒng)坐標(biāo)系，推導(dǎo)坐標(biāo)變換關(guān)系；推導(dǎo)相機(jī)模型并給出標(biāo)定方法；結(jié)合OpenCV及ArUco，給出平面編碼標(biāo)識(shí)物的識(shí)別和校驗(yàn)方法；設(shè)計(jì)相機(jī)位置、姿態(tài)估計(jì)算法，結(jié)合實(shí)際硬件完成視覺定位系統(tǒng)，并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。
　　3.根據(jù)低成本導(dǎo)航系統(tǒng)特性，提出統(tǒng)一組合導(dǎo)航濾波器模型，并以該模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)械慣性衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)、微機(jī)械慣性視覺組合導(dǎo)航系統(tǒng)和微機(jī)械慣性衛(wèi)星視