【摘 要】
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浮升一体无人飞行器是一种由气囊和吊舱两体组成并用缆绳连接的新构型临近空间无人飞行器。其在平流层可以实现长期、定点、连续地观测,可执行对地检测、长距离通信、反武器打击等任务。导航系统作为无人飞行器的重要组成部分,其性能将对飞行产生直接影响。本文以浮升一体无人飞行器的两体导航系统为研究对象,分别建立了SINS/GPS组合导航和视觉/SINS/GPS组合导航方式,对导航子系统和组合导航的算法进行了研究,
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浮升一体无人飞行器是一种由气囊和吊舱两体组成并用缆绳连接的新构型临近空间无人飞行器。其在平流层可以实现长期、定点、连续地观测,可执行对地检测、长距离通信、反武器打击等任务。导航系统作为无人飞行器的重要组成部分,其性能将对飞行产生直接影响。本文以浮升一体无人飞行器的两体导航系统为研究对象,分别建立了SINS/GPS组合导航和视觉/SINS/GPS组合导航方式,对导航子系统和组合导航的算法进行了研究,设计了一套嵌入式组合导航软硬件系统,完成了实验验证。首先,根据需求完成了导航系统总体方案设计和硬件平台搭建。其次,研究设计了一套视觉导航系统。选取特定合作目标图像,设计了一种鲁棒的检测与识别算法,根据目标特征信息和相机成像模型解算出相对位姿信息。接着,建立了捷联式惯性导航系统的姿态、速度和位置更新方程;分析了系统误差来源;分析两体组合导航需求,研究了互补滤波以及卡尔曼滤波两种数据融合算法;利用互补滤波完成SINS/磁力计组合导航;建立气囊SINS/GPS组合导航以及吊舱视觉/SINS/GPS组合导航系统状态方程和量测方程,利用卡尔曼滤波完成数据更新。然后,设计了一套嵌入式软件方案,利用前后台系统和时间片轮询法完成驱动层、基础功能层和任务功能层的划分,制定了数据获取和融合的流程。最后,对视觉导航系统和组合导航系统进行了静态和动态测试验证。
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