室外監(jiān)控機器人的微小型組合導航系統(tǒng)設計.pdf

1、室外監(jiān)控機器人是計算機工程、機械電子、控制工程、人工智能、模式識別等科學綜合應用的載體,它借助于自身傳感器和其它感知技術,感知環(huán)境和自身狀態(tài),實現在大型樓宇、機場、交通樞紐、軍事基地等地方的安保和巡邏工作。
　　 本文以室外監(jiān)控機器人項目為依托,以提高室外監(jiān)控機器人導航系統(tǒng)的定位精度和在復雜環(huán)境中的適應能力為目標。設計了基于“SINS+GPS+EC+虛擬傳感器”的微小型組合導航系統(tǒng),并借助于所設計的硬件平臺,通過使用聯邦卡爾曼濾

2、波技術實現了高精度的組合導航信息的輸出。
　　 從提高微小型組合導航系統(tǒng)的精度出發(fā),首先分析了導航子系統(tǒng)的原理和誤差,建立了相應的誤差模型及補償算法。然后為擴大系統(tǒng)應用范圍,降低系統(tǒng)對GPS和EC的依賴,設計了基于虛擬傳感器技術輔助MSINS的導航系統(tǒng),并通過計算機仿真驗證了該方法的有效性。最后,為提高微小型組合導航系統(tǒng)整體精度和可靠性,深入研究了多傳感器信息融合技術,分別設計了MSINS/GPS速度、MSINS/GPS位置、M

3、SINS/EC姿態(tài)和MSINS/虛擬傳感器速度四個子濾波器,并和主濾波器一起構成無重置(NR)結構的聯邦卡爾曼濾波器。系統(tǒng)以GPS有效和無效為判斷依據,設計了雙系統(tǒng)結構的聯邦卡爾曼濾波方案,由于虛擬傳感器的備份作用,提高了系統(tǒng)的整體可靠性。通過MATLAB對比仿真驗證了聯邦卡爾曼濾波精度能夠達到集中卡爾曼濾波精度,且擁有較為可靠的容錯特性能。
　　 在系統(tǒng)功能不斷優(yōu)化的基礎上完成了基于分布式模塊化設計方案的微小型組合導航系統(tǒng)的軟