無人駕駛水樣采集船關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無人船是一種小型的水面自主航行載體，早期的時候主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，能夠代替人類完成一些作戰(zhàn)任務(wù)，比如維護海上和港口安全、反恐保護、反雷、反潛等。后來，逐漸廣泛應(yīng)用于各種民用領(lǐng)域，包括探南極冰架，檢查水下石油和天然氣管道，調(diào)查原油泄露的影響，深海攝影調(diào)查，維護海底設(shè)施，進行海洋學研究等。如今，電子技術(shù)和導航控制技術(shù)發(fā)展地非常迅速，逐漸解決了一些無人船工程和理論上的難題，無人船已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點，本文是設(shè)計一種完全自主、低成本、精度高

2、的無人船用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，能夠增加環(huán)境監(jiān)測人員的安全系數(shù)，還能使環(huán)境監(jiān)測部門及相關(guān)行業(yè)的工作效率得到顯著的提高。
　　首先，本文根據(jù)水域測量領(lǐng)域的設(shè)計需求，提出了一個完整的系統(tǒng)方案，包括船載系統(tǒng)的設(shè)計和地面站系統(tǒng)的設(shè)計。詳細介紹了無人船船載系統(tǒng)的硬件模塊的設(shè)計，包括了如下模塊的選型:核心處理器模塊、姿態(tài)傳感器模塊和GPS接收機模塊等設(shè)備。無人船的軟件平臺選擇使用得到廣泛應(yīng)用的嵌入式Linux，本文所有的算法和程序都是基于這個平臺，

3、使用c語言開發(fā)。
　　其次，本文的一個研究重點是無人船導航系統(tǒng)的設(shè)計，為了獲得無人船的姿態(tài)信息，讀取姿態(tài)傳感器中加速度、角速度、磁力強度的大小，使用兩種方法來得出姿態(tài)信息，一種是使用基于歐拉角的離散卡爾曼濾波器算法，另一種是使用基于四元數(shù)的擴展卡爾曼濾波器算法，實驗結(jié)果表明第二種濾波算法效果更好，當靜止的時候，收斂速度更快，并且可以方便地進行全姿態(tài)的測量。為了獲得無人船的實時速度還有位置信息，選擇從GPS接收機讀取衛(wèi)星發(fā)送過來的數(shù)

4、據(jù)，然后經(jīng)過解析得到。
　　然后，介紹了無人船的通信系統(tǒng)的設(shè)計，通信方式使用Wi-Fi，地面站和無人船之間的傳輸層協(xié)議使用UDP協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議使用MAVLink協(xié)議。介紹了核心處理器和其它設(shè)備之間通信接口的實現(xiàn)，即串口通信和I2C通信在Linux平臺下的編程實現(xiàn)。
　　最后，介紹了無人船整個船載系統(tǒng)的軟件設(shè)計，使用硬件抽象層、模塊層、配置層三層的軟件結(jié)構(gòu)，然后劃分出不同的任務(wù)模塊，使用Linux多線程來實現(xiàn)不同任務(wù)的并發(fā)執(zhí)