基于信息融合的多传感器轨迹测量

摘要

轨迹测量对于运动物体控制具有重要意义。随着现代电子技术、检测技术和计算机控制技术的发展，人们对水下物体轨迹的测量精度以及测量速度的要求越来越高。
　　 轨迹测量即利用加速度计和陀螺仪等惯性器件，使用Kalman（卡尔曼）等算法来进行轨迹估计。轨迹测量源于惯性测量，是在飞机惯性导航系统的基础上发展起来的。而惯性导航是一种完全自助式导航。它是根据牛顿惯性定律，利用惯性元件来测量运动物体相对惯性空间的加速度，从而在完全自主的基础上得出物体运动的姿态和位置信息。
　　 本文使用多传感器，结合风浪导致的水下压强特点，设计了一种基于信息融合的浮体轨迹测量系统。该测量系统结构具有在近水面测深过程中抗风浪干扰的特点，同时基于DSP的运算模式使其具有高速处理能力和高度的集成性，适合多种场合的需要。文章从理论和实验方面验证了该设计。
　　 本文首先对国内外已有惯性导航系统的解决方法和信息融合技术进行介绍。然后从测量对象特点入手，利用其特性进行测量方案的设计，给出测量系统的整体构架。接着针对创新的轨迹测量和压力测量相融合的方案进行验证实验。分析并改进系统以适应实现过程中出现的新问题。文章的最后介绍了实现设计的硬件结构。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 轨迹测量目的及意义

1.2 惯性导航发展及国内外研究现状

1.2.1 惯性导航的发展

1.2.2 国内外研究现状

1.3 多传感器信息融合的必要性

1.4 辅助惯性导航系统的方法

1.5 课题背景及研究内容

1.6 论文结构安排

第2章 惯性导航与小振幅理论

2.1 惯性导航

2.1.1 惯行导航与常用坐标系

2.1.2 惯导基本方程

2.1.3 加速度计与惯导方程

2.1.4 用于坐标变换的捷联矩阵

2.2 小振幅理论

2.2.1 海浪理论

2.2.2 小振幅理论

2.3 本章小结

第3章 轨迹测量方案

3.1 轨迹测量中的初始对准

3.2 轨迹测量中捷联矩阵的即时修正

3.3 轨迹计算

3.4 轨迹校正必要性和压力校准轨迹的可行性分析

3.4.1 轨迹校正必要性

3.4.2 压力校准轨迹的可行性分析

3.5 本章小结

第4章 数据分析

4.1 倾角与加速度

4.2 实验平台

4.3 平台实验数据与分析

4.4 算法周期划分及数据融合时机

4.5 本章小结

第5章 系统设计

5.1 设计要求及结构

5.2 硬件电路原理与设计

5.2.1 DSP处理器

5.2.2 压力传感器

5.2.3 数模转换芯片

5.2.4 加速度传感器与倾角传感器

5.2.5 电源管理单元

5.2.6 其他电路

5.3 本章小结

结论

参考文献