基于多传感器融合的超小型无人直升机导航系统研究

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1、塑’江垄兰雯堡主兰堡垒查摘要超小型无人直升机在军事和民用方面都具有广泛的应用价值，一直以来都是国内外很多机构和组织的研究对象。其中，导航系统是无人直升机的重要组成部分之一，是其安全和稳定飞行的基础。本文围绕超小型无人直升机的导航系统的设计与实现展开论述。在综述了当前无人直升机的研究现状和常用的导航方法后，本文提出并实现了一种基于多传感器融合的无人直升机导航方法，采用分级融合的结构，应用Unscented卡尔曼滤波和最小方差融合算法实现对多源传感器信息的融合实现对直升机姿态、速度和位置的测量。该算法在以DSP芯片TMS320LF2407A和CP

2、LD芯片EPM7128S为核心的原理样机上实现，测试结果说明了系统的有效。本文的章节安排如下：第一章介绍了目前旋翼式超小型无人直升机的应用领域和研究现状，介绍了导航系统在无人直升机系统中的作用及其相关的一些基本概念。在第二章里对现有无人直升机的导航方法的特点和算法做了简单的综述，包括惯性导航、罗盘导航、GPS导航等，并从中选择了适用于本系统的方法。在第三章中，本文确定了基于多传感器融合的导航方法，综述了常用的多传感器融合方法，并提出了基于Unscented卡尔曼滤波和最小方差准则的分级融合算法。第四章描述了此导航系统的实现方法，包括使用的传感

3、器及其接口方式、以DSP芯片TMS320LF2407A和CPLD芯片EPM7128S为核心的硬件处理电路和系统的软件结构。在第五章中，本文对此导航系统进行了测试并给出了测试结果。最后的第六章对全文做了总结，并对未来的工作进行了展望。关键词：超小型无人直升机；导航；传感器融合；Unscented卡尔曼滤波；DSP塑兰查兰鱼塑主兰苎笙查AbstractThesuper-miniscalehelicopteriswidelyusedinbothmilitaryandcivilareasandhasbeenastudyobjectformanyins

4、titutionsandorganizationsallovertheworld．Thenavigationsystemisoneofthemostimportantpartsofthescalehelicopter,asitisthebaseofitssecurityandflightcontrolling．Thisthesisfocusesonthedesignandimplementationofthenavigationsystemofthescalehelicopter．Anavigationalgorithmbasedonseno

5、rfusionispresented，winchhasastructureofhierarchyfusion，andemploystheUnscentedKalmanFilterandminimumvariancefusiontogainallaccuratemeasurementofthehelicopter’Sattitude，velocityandposition．TheapproachisimplementedonaprototypesystemusingDSPchipTMS320LF2407AandCPLDchipEPM7128Sa

6、sitscorehardware．Andtestresultsindicatetheeriectivenessofthemethod．Thethesisisarrangedasfollows：InChapterl，theapplicationandrecentresearchprogressofsuper-miniscalehelicopterareintroduced，andthensomebasicconceptsofitsnavigationsystemarepresented．InChapter2，thecommonnavigatio

7、nmethodsofthescalehelicopterarereviewed，includinginertialnavigation，compassnavigationandGPSnavigation．InChapter3，afterreviewingthesensorfusionalgorithms，thisthesispresentsahierarchysensorfusionalgorithmbasedonUnscentedKalmanFilterandminimumvariancefusion．／nChapter4，implemen

8、tationofthisnavigationsystemisdescribed，includingthesensors，hardwaredesignandsoftw