農(nóng)用遙感固定翼無人機(jī)飛行姿態(tài)多傳感器融合技術(shù)研究.pdf

1、農(nóng)情監(jiān)測(cè)是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，例如光照、病蟲害、植株密度等，使農(nóng)作物高效、優(yōu)質(zhì)和安全的生長(zhǎng)得以實(shí)現(xiàn)。農(nóng)業(yè)無人機(jī)憑借其作業(yè)效率高、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、適用性好等優(yōu)點(diǎn)在農(nóng)情監(jiān)測(cè)起到很重要的作用。隨著對(duì)農(nóng)用無人機(jī)經(jīng)濟(jì)性的追求，降低其成本日益受到重視。相對(duì)于以往造價(jià)高、體積大的傳感器設(shè)置，選用廉價(jià)小型的傳感器設(shè)置不但可以減輕控制系統(tǒng)的工作量、節(jié)省成本，而且當(dāng)某個(gè)傳感器在運(yùn)行中出現(xiàn)失靈時(shí)，就可以選用控制策略降級(jí)操作，保證

2、系統(tǒng)仍可正常工作;但是廉價(jià)傳感器在測(cè)量精度上會(huì)有所降低，如果單一使用很難滿足無人機(jī)自主飛行的需求。綜上所述，組合測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)在無人機(jī)系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵的作用。將這兩種技術(shù)應(yīng)用到無人機(jī)控制系統(tǒng)中，可更高效的利用各傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，為無人機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性做好基礎(chǔ)，從而確保無人機(jī)可以安全可靠的完成任務(wù)。
　　本文針對(duì)農(nóng)用固定翼無人機(jī)低空低速的作業(yè)特點(diǎn)，在對(duì)傳感器特性和數(shù)據(jù)融合方法的分析及研究基礎(chǔ)上，對(duì)無人機(jī)姿態(tài)的精準(zhǔn)解算做出了

3、研究設(shè)計(jì)。首先，在滿足無人機(jī)控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能指標(biāo)的前提下，不改變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和不增加硬件的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)據(jù)融合的總體設(shè)計(jì)。其次，對(duì)無人機(jī)常用傳感器的工作特性和適用范圍進(jìn)行研究分析，并著重分析了姿態(tài)信息傳感器的測(cè)量原理及誤差來源和產(chǎn)生的原因，初步建立地球重力場(chǎng)和地球磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，為之后的姿態(tài)解算進(jìn)行鋪墊。再次，對(duì)文中采用的融合算法卡爾曼濾波進(jìn)行了深入研究，并提出了采用擴(kuò)展卡爾曼濾波的方法來解決系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測(cè)方程非線性的問題，在此

4、基礎(chǔ)上提出了加速度計(jì)、陀螺儀和低成本多傳感器(包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁強(qiáng)計(jì)與GPS)的兩種不同的配置方案，并選取歐拉角法和四元數(shù)法對(duì)無人機(jī)姿態(tài)進(jìn)行解算。最后，采用C語言來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的融合算法，在MATLAB中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:低成本多傳感器的配置方案在測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性上都能滿足系統(tǒng)的要求，且對(duì)比與加速度計(jì)和陀螺儀的配置方案在航向角的測(cè)量精度上有很大的提高。
　　在無人機(jī)飛行實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，將所設(shè)計(jì)的姿態(tài)測(cè)