面向小型無人直升機(jī)的SINS-GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、小型無人直升機(jī)由于具有體積小、可垂直起降、定點(diǎn)懸停、機(jī)動(dòng)靈活、隱蔽性好、成本低以及無人員傷亡等優(yōu)點(diǎn)，近年來已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。導(dǎo)航系統(tǒng)是小型無人直升機(jī)實(shí)現(xiàn)自主飛行的關(guān)鍵設(shè)備，它為飛行控制系統(tǒng)提供必需的姿態(tài)、速度、位置等導(dǎo)航信息，直接影響其飛行控制的性能。
　　 本文針對(duì)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)與全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航性能的互補(bǔ)性，根據(jù)小型無人直升機(jī)相比固定翼無人機(jī)飛行速度較慢，尾舵控制機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，姿態(tài)動(dòng)態(tài)范圍變化不大

2、等特點(diǎn)研究設(shè)計(jì)了SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
　　 本文首先介紹了小型無人直升機(jī)導(dǎo)航的基本理論，通過分析不同姿態(tài)表示方法的特點(diǎn)及SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的非線性化特征，確定采用四元素的雙子樣旋轉(zhuǎn)矢量法及擴(kuò)展卡爾曼濾波算法計(jì)算導(dǎo)航信息。然后分析了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的傳感器的誤差源，綜合考慮導(dǎo)航系統(tǒng)工程化的計(jì)算復(fù)雜性與精度要求，建立了傳感器的簡(jiǎn)化誤差模型。并推導(dǎo)SINS導(dǎo)航計(jì)算的微分方程，采用姿態(tài)四元素雙子樣旋轉(zhuǎn)矢量法避免姿態(tài)計(jì)算出

3、現(xiàn)奇異點(diǎn)及減小旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致姿態(tài)計(jì)算的不可交換誤差，根據(jù)比力方程及位置微分方程迭代計(jì)算速度，位置值。
　　 針對(duì)SINS單獨(dú)計(jì)算的導(dǎo)航信息會(huì)產(chǎn)生漂移，本文設(shè)計(jì)了SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，建立了組合導(dǎo)航誤差模型，采用以導(dǎo)航誤差為狀態(tài)變量的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法修正SINS的導(dǎo)航誤差。并且，針對(duì)小型無人直升機(jī)的尾舵控制航向?qū)崿F(xiàn)快速機(jī)動(dòng)飛行的特點(diǎn)，引入磁傳感器測(cè)量航向角以獲得更高的航向角精度；同時(shí)由于陀螺儀的角速度精度是影響導(dǎo)航精度的重要因

4、素，所以濾波算法加入陀螺儀的時(shí)變漂移作為狀態(tài)變量，修正陀螺儀的角速度輸出。
　　 本文通過建立組合導(dǎo)航系統(tǒng)在Matlab/Simulink下的仿真模型，并參考實(shí)際傳感器參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)，模擬了小型無人直升機(jī)仿真飛行實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有較高的精度，能夠滿足小型無人直升機(jī)的飛行要求。最后，本文開發(fā)了小型無人直升機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的嵌入式平臺(tái)，包括組合導(dǎo)航系統(tǒng)與導(dǎo)航舵機(jī)控制系統(tǒng)，使用ARM采集傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過校正及同步后，發(fā)