基于GPS/INS的多旋翼MAVs自主飞行系统研制--《南京信息工程大学》2012年硕士论文
基于GPS/INS的多旋翼MAVs自主飞行系统研制
【摘要】：多旋翼MAVs能够实现空中拍摄、搜救、气象勘测等功能。因其能够垂直起落和定点悬浮,即使在狭小的空间也能飞行,近年来受到广泛关注,大量高校和科研院所投入到多旋翼MAVs的研究中。本文对四旋翼MAVs的自主飞行系统研制进行论述。
首先,根据多旋翼MAVs最终实现自主飞行需求,设计搭载在多旋翼MAVs上,能够实现多旋翼MAVs自主飞行的硬件电路系统。整个硬件电路板由两块电路板构成,包括DC/DC电路系统、传感器电路系统、数据采集系统、微控制器模块、PWM信号隔离电路、无线通信模块等,其中三个单轴角速度陀螺仪、一个三轴加速度计和一个地磁计、ADC采集系统和微控制器可以构成姿态测量系统,用于推算飞行器的姿态信息。
其次,研究姿态角估计算法应用。测量到的加速度不仅有重力在机体坐标系上坐标变换的成分,还包含由传感器的运动而产生的动加速度成分,动加速度的影响限制其应用,本文将动加速度作为噪音项导入到观测方程中,然后利用基于扩展卡尔曼滤波器的四元数姿态推测算法来降低误差。然后简要介绍最优控制理论。
再次,针对四旋翼MAVs结构,分析其飞行原理,然后进行建模,基于模型,对四旋翼MAVs进行LQG控制器设计。LQG控制器由卡尔曼滤波器和LQI控制器组成。卡尔曼滤波器一方面能够解决随机系统噪声问题,另一方面能够推测出系统不能够测量到的状态变量。最后对设计的LQG控制器进行仿真。
最后,介绍控制器实际装载过程,地面站系统,并通过做大量室内室外飞行试验,改变控制器参数,提高飞行稳定性,对实际飞行试验数据进行了分析。从实际试验结果及飞行效果来看,飞行稳定,取得理想的效果。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京信息工程大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TN967.1;V249.1【目录】：
摘要5-6Abstract6-7第一章 绪论7-14 1.1 课题研究背景及意义7-10 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-12 1.3 本文研究内容和组织结构12-14第二章 多旋翼MAVs自主飞行系统硬件设计14-30 2.1 飞行控制系统的整体架构14-15 2.2 飞行控制系统硬件设计15-28
2.2.1 DC/DC电源设计15
2.2.2 传感器电路设计15-22
2.2.3 数据采集系统22-24
2.2.4 GPS接收机模块24-25
2.2.5 微控制器25-27
2.2.6 PWM信号隔离电路27-28 2.3 无线通信模块28-29 2.4 PCB布局及抗干扰设计29 2.5 总结29-30第三章 姿态估计算法与控制理论基础30-52 3.1 坐标系与姿态角30-31
3.1.1 坐标系定义30-31
3.1.2 姿态角定义31 3.2 姿态表达式31-35
3.2.1 方向余弦32
3.2.2 欧拉角32-33
3.2.3 四元数33-34
3.2.4 四元数与欧拉角的相互转换34-35 3.3 卡尔曼滤波理论35-39
3.3.1 随机线性离散系统的卡尔曼滤波35-37
3.3.2 随机非线性离散系统扩展卡尔曼滤波37-38
3.3.3 连续系统的卡尔曼滤波38-39 3.4 姿态估计算法39-43
3.4.1 互补滤波算法及问题分析39-41
3.4.2 利用扩展卡尔曼滤波器的姿态角推测算法41-43 3.5 仿真与实验43-47
3.5.1 仿真43-44
3.5.2 实验测试44-47 3.6 最优控制理论47-51
3.6.1 线性二次型最优控制47-49
3.6.2 状态反馈与状态观测器49-50
3.6.3 LQG控制问题50-51 3.7 总结51-52第四章 四旋翼MAVs建模与控制器设计52-62 4.1 四旋翼MAVs结构及飞行原理52-53 4.2 四旋翼MAVs数学建模53-56 4.3 控制器设计56-59
4.3.1 最优观测器设计56-57
4.3.2 LQI控制器设计57-58
4.3.3 LQG控制器设计58-59 4.4 仿真研究59-61 4.5 总结61-62第五章 实验及实验结果62-67 5.1 地面站系统63-64 5.2 实验结果分析64-66 5.3 总结66-67第六章 结论及展望67-69 6.1 总结67 6.2 展望67-69附录69-70参考文献70-75作者简介75-76致谢76
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京公网安备74号接收机钟跳对GPS定位的影响及探测方法--《测绘通报》2009年12期
接收机钟跳对GPS定位的影响及探测方法
【摘要】：介绍GPS接收机的钟跳现象,并从GPS观测模型入手,分析钟跳的基本原理及其对GPS载波相位观测值和伪距观测值产生的影响,讨论钟跳的处理方式,给出一种探测钟跳的有效方法,并建议在处理接收机钟跳为毫秒跳类型的数据时,在精度允许范围内可以作为周跳进行处理,数据量较大时可以引入新的模糊度进行解算。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：P228.4【正文快照】：
一、接收机钟跳GPS接收机内部时标一般都采用石英钟,但随着测量的进行,接收机的钟差会逐渐漂移[1]。为了保持与GPS时间同步,多数接收机都插入周期性的钟跳进行控制,使其保持在一定的精度范围内[2]。GPS接收机的钟跳主要分两种:毫秒跳(millisecondjump)和频繁钟跳(every second
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在差分信号和卫星信号都很好的情况下，分两次测同一点，两次测得高程差值差到20CM，甚至1米。 遇到这样的问题很烦恼，我们作业的时候为了减少这个原因所造成的误差，每个点测量3次，每次测5个历元。但第二天来检查时测量头天测过的点，发现还有差的较大的情况。 请教怎么样才能避免这种情况，请教精通RTK原理的给讲解下。
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具体原因不清楚，但我们从不用这个RTK的高程。与实地的高程差太多了。不能用
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&&&&&奖励于& 07:59:21
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我也曾碰到这样的情况，在固定解的情况下，用RTK布设控制点，用水准仪检测，点与点之间高差的差别非常小，几个毫米，本以为做的相当好了。可是一闭合到已知控制点上，问题就严重了，差了40公分。这就意味着，全部新做的控制点都差了40公分！真是欲哭无泪啊。原因我也弄不清楚，最大的疑问就是，在已知点上校正之后，经过半小时再重回那个校正点复测，那高程几乎是丝毫不差的，当时以为已经没有问题了才敢用RTK来布设控制点。可为什么其他新做的控制点都会统一出现如此严重的偏差呢？
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&&&&&奖励于& 06:15:49
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有可能是高程拟合的问题 是不是模型选错了？
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&&&&&奖励于& 01:18:13
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我有几次也出现假固定解的情况，有时立那里半天都不出固定解，来了一阵风就出来了。网络RTK就更不稳定了，不过RTK的平面坐标精度还可以，就是高程经常一拟合就出问题，有次用RTK用一个控制点的高程和用3个控制点的高程差了40公分，还好规划局和我们关系不错把这事给处理了，现在想想都后怕
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&&&&&奖励于& 01:18:26
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平原地区的rtk高程拟合精度应该让人放心，至于起伏较大的山区就很难说了。再有拟合点（即校正点）最好是均匀覆盖整个测区，数量尽可能的多，而且尽量避免测区在拟合区域以外的情况（这种情况离基站越远rtk的高程精度越差）。
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&&&&&奖励于& 01:54:09
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不管是小区域作业还是用网络RTK都要至少2个已知点校正我们单位在作业的过程中很少碰到这种情况，不管是平原还是山区，当然作业区域都是小范围的。选对模型设置好中央子午线设置好坐标系统，一般没事的。每次作业完要留好控制点，做校正，检查之用。首先要保证仪器高准确，已知点的坐标高程系统要一致。我们就碰到过已知点是80坐标而设计图坐标是北京54直角坐标系的情况，结果2个系统南北方向错了几十米之多。RTK平面精度在窄带固定解的情况下还是很好的，高程嘛，一般WGS84高程与我国的1956年黄海高程系或者1985国家高程基准错一个常数值，高程校正后精度也能达到五公分左右。注：我们单位用的是中海达V8，使用过程中，总体感觉还行，就是有些情况下国产仪器解算的比较慢，有时候5颗星要等好长时间要么等到6颗星以上会快点，还有锁星能力不太强，容易失锁。
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&&&&&奖励于& 00:38:44
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pdop要小于3 当然在水准面精化情况下 高程误差应该在3cm以下
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&&&&&奖励于& 16:22:08
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楼主的问题我也遇到过，后来通过咨询GPS厂家技术员说，这种假信号是由于多路径效应产生的，比如有海面产生的信号折射，或其他建建筑物的折射等，消除的方法是在同一个点进行多次重新解算（一般两次），如果两次的结果一致表明结果正确，否则应多次解算消除误差。
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他一定是哪里做的不够好，别替他瞒着了，告诉我们吧~通过GPS测量船舶航速原理研究--《科技信息(学术研究)》2008年26期
通过GPS测量船舶航速原理研究
【摘要】：GPS全球定位系统已经成为高精度动态定位领域的主要技术,通过GPS测量本船的航向航速与目标的航向航速,经一定的转换,得出目标的相对航向航速。本文阐述了GPS测速的基本原理,主要研究了通过GPS进行船舶测速的原理。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：P228.4;U675.6【正文快照】：
1.引言GPS(Global Position System)是指由美国筹建的全球定位系统,系统的空间部分由21颗卫星组成,均匀分布在6个轨道面上,能在全球范围内,向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。GPS系统的实时导航定位精度很高,GPS已在测控领域引起
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