基于组合导航的自动导引车的定位研究

摘要

AGV的核心技术之一是导引定位技术。在导航技术中，无陀螺捷联惯导系统（Gyro-Free Stapdown Inertial Navigation System，GFSINS）抗干扰强、连续性好、隐蔽性高，作为一种自主式导航系统被广泛应用于各领域，但GFSINS具有一个固有缺陷，定位误差会随着时间的延长而不断累积，从而导致长时间的定位精度较低。结合AGV室内工作环境，本文设计了无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)作为辅助导航技术，与GFSINS构成组合导航系统，GFSINS弥补了RFID定位的间断不连续性，RFID弥补了GFSINS误差累计的缺陷。故该组合导航系统不仅定位精度得到改善，系统的可靠性、稳定性及安全性均得到提高。
　　本文首先研究了GFSINS系统，以载体处任意一点加速度计输出表达式为基础，得到了GFSINS在三维空间内运动的角速度和线速度的计算公式。设计了一种六加速度计配置结构的GFSINS，该方案设计简单便于安装且成本低。针对作为辅助导航的RFID定位系统，设计了阅读器与载体固连，地埋参考标签的方式，最后采用场景分析法中的基于数据库的K-邻近算法进行定位。
　　其次，组合导航系统的基础是数据融合技术，当前应用最为广泛也较成熟的融合算法就是卡尔曼滤波算法，所以组合导航系统的工作核心器件是卡尔曼滤波器。本文的研究难点也在于如何利用卡尔曼滤波算法将这两个不相关的定位系统获取的定位参数有机融合。本文采用松散组合定位方式，通过分析讨论GFSINS和RFID的误差类型，在此基础之上建立了卡尔曼滤波的系统状态方程和测量方程，利用卡尔曼间接滤波法做出最优估计，通过最优估计值对主导航系统GFSINS进行输出校正。
　　最后，对GFSINS/RFID组合导航系统进行了仿真分析，仿真结果表明:GFSINS/RFID组合导航系统能有效的改善GFSINS中的误差累计，整个系统的定位精度有了很大提高，为该系统的工程应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 AGV导航定位的研究背景

1．2 AGV导航定位技术研究发展现状

1．2．1 国内AGV导航定位技术研究发展状况

1．2．2 国外AGV导航定位技术研究发展状况

1．3 本文主要的研究内容和结构安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文主要研究内容和组织结构

2 无陀螺捷联惯导系统导航研究及加速度计构型设计

2．1 惯导系统常用坐标系及其相互关系

2．1．1 常用坐标系定义

2．1．2 常用坐标系间相互关系

2．2 无陀螺捷联惯导系统工作过程

2．3 无陀螺惯性单元加速度计输出推导

2．4 全加速度计三维空间运动参数测量理论

2．5 无陀螺捷联惯导系统导航方程

2．6 六加速度计配置方案设计

2．7 小结

3 基于RFID室内定位技术研究

3．1 射频识别技术概述

3．1．2 RFID系统组成

3．1．3 超高频无源RFID标签

3．2 RFID经典定位算法

3．2．1 三角定位法

3．2．2 近似度定位法

3．2．3 场景分析法

3．3 基于数据库的RFID定位方法

3．3．1 空间估计和空间相关性

3．3．2 K-邻近算法描述

3．3．3 K-邻近算法定位实验

3．4 小结

4 GFSINS／RFID组合导航定位系统研究

4．1 GFSINS／RFID组合导航定位系统方案设计

4．1．1 组合方式

4．1．2 滤波对象

4．1．3 校正方法

4．2 RFID误差分析

4．3 GFSINS误差分析

4．4 GFSINS／RFID组合导航系统卡尔曼滤波算法

4．4．1 状态方程和测量方程的建立

4．4．2 卡尔曼滤波离散化

4．5 仿真分析

4．5．1 角速度仿真

4．5．2 纯GFSINS位置仿真结果与分析

4．5．3 组合导航定位精度与分析

4．6 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果