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《視覺慣性及衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、碩士學位論文視覺慣性及衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)研究RESEARCHONINTEGRATEDNAVIGATIONSYSTEMSOFVISIONINERTIAANDSATELLITE魏振楠哈爾濱工業(yè)大學2016年6月國內圖書分類號：V249.32+8學校代碼：10213國際圖書分類號：621.3密級：公開工學碩士學位論文視覺慣性及衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)研究碩士研究生：魏振楠導師：伊國興研究員申請學位：工學碩士學科：控制科學與工程所在單位：航天學院答辯日期：2016年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:V249.32+8U.D.C:621.3Dissertationfort
2、heMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONINTEGRATEDNAVIGATIONSYSTEMSOFVISIONINERTIAANDSATELLITECandidate：WeiZhennanSupervisor：Prof.YiGuoxingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-In
3、stitution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要近年來，低成本微機械慣性導航系統(tǒng)在消費電子領域，特別是在旋翼式飛行器、相機穩(wěn)定平臺、虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實設備中得到了越來越廣泛的應用。為了滿足市場需求，實現(xiàn)低成本微機械陀螺儀的批量化生產，現(xiàn)階段市場中微機械慣性器件的主要材料為硅。但硅基微機械慣性器件的輸出噪聲大，零偏易受環(huán)境溫度影響，故而由其構成的導航系統(tǒng)僅能提供姿態(tài)信息，無法給出定位測速信息。衛(wèi)星導航系統(tǒng)與單目視覺導航系統(tǒng)則分別能在室外與室內完成定位測速任務，但受導航系統(tǒng)尺寸等因素限制，無法進行姿態(tài)測量。本文以低成本微機械慣
4、性、衛(wèi)星及視覺導航系統(tǒng)為基礎，設計組合導航算法，實現(xiàn)室內及室外環(huán)境的組合導航系統(tǒng)。本文的主要研究內容和取得的成果概述如下：1.建立姿態(tài)估計系統(tǒng)坐標系，推導坐標變換關系；推導微機械慣性器件輸出模型，并結合該模型給出利用三軸轉臺進行標度因數(shù)、零偏以及安裝誤差矩陣的標定方法；結合離散擴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)角為觀測值設計姿態(tài)估計算法；設計并完成微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定位系統(tǒng)硬件及軟件，并給出系統(tǒng)測試結果。2.建立單目視覺定位系統(tǒng)坐標系，推導坐標變換關系；推導相機模型并給出標定方法；結合OpenCV及ArUco，給出平面編碼標識物的識別和校驗方法；設計相機位置、姿態(tài)
5、估計算法，結合實際硬件完成視覺定位系統(tǒng)，并給出系統(tǒng)測試結果。3.根據低成本導航系統(tǒng)特性，提出統(tǒng)一組合導航濾波器模型，并以該模型為基礎，設計實現(xiàn)了微機械慣性衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)、微機械慣性視覺組合導航系統(tǒng)和微機械慣性衛(wèi)星視覺組合導航系統(tǒng)，并分別對各系統(tǒng)進行了靜態(tài)或動態(tài)測試。4.根據微機械慣性傳感器輸出模型，結合相應姿態(tài)估計算法，實現(xiàn)硬件仿真系統(tǒng)；利用微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定位系統(tǒng)和視覺定位系統(tǒng)，在所設計的實驗方法指導下，采集原始數(shù)據，并根據設計完成的組合導航算法，利用計算機進行數(shù)據處理，分析算法性能。關鍵詞：微機械慣性傳感器；視覺導航；衛(wèi)星導航；組合導航；卡爾曼濾波-I-哈爾濱工業(yè)大學工學
6、碩士學位論文AbstractLowcostmicro-mechanicalinertialnavigationsystemisusedmoreandmorewidelyduringrecentyearsinthefieldofconsumerelectronics,speciallyinmulti-rotoraircraft,camerastabilizationplatformandvirtualrealityoraugmentedrealitydevices.Inordertomeetthemarketdemandsandachievethemassproductionofmi
7、cro-mechanicalgyroscope,siliconischosenasthemainmaterialofmicro-mechanicalinertialdeviceatthisstage.However,forsilica-basedmicro-mechanicalgyroscope,theoutputnoiseislargeandthebiasiseasilyinfluencedbytheenvironmenttemperature,whichcause
