无人飞行器嵌入式组合导航设计与应用

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1、中图分类号：V212.4论文编号：102870118-S170学科分类号：082501硕士学位论文无人飞行器嵌入式组合导航设计与应用研究生姓名刘晟学科、专业飞行器设计研究方向直升机飞行力学与控制指导教师徐锦法教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringDesignandapplicationofunmannedaerialvehicleembeddedintegratedn

2、avigationAThesisinFlightVehicleDesignbyShengLiuAdvisedbyAssociateProfessorJinfaXuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，

3、均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要无人飞行器凭借造价低、体积小、生存力强等优点，现已广泛应用于军事和民用领域中。导航系统作为无人飞行器的重要组成部分，其性能的好坏将对飞行结果产生直接影响。导航系统种类繁多并且原理多样，但单独采用都存在不可避免的缺陷。本文以此为研究背景，采用SINS/GPS组合导航方式，设计了一套嵌入

4、式组合导航硬件系统，进行了组合导航的算法研究，完成了软件的应用开发与实验测试。首先，本文完成了嵌入式硬件系统的设计。分析组合导航的功能需求，确定了基于ARM架构的嵌入式硬件系统方案。完成传感器元件的选型和工作电路设计，设计了以STM32F303CCT6为核心的组合导航硬件系统。然后，完成了组合导航算法的研究与改进工作。考虑到陀螺漂移带来姿态更新误差，引入加速度和磁场两类数据进行融合，设计了基于四元数的EKF姿态估计算法。根据SINS的误差传递方程，分别建立了松耦合导航系统的状态和量测方程。其次，完成了组合导航的嵌入式软件开发。利用嵌入式系统的定时和中断机制，设计

5、周期任务和非周期任务的实现方案，以硬件底层驱动为基础，建立传感器数据采集与处理任务。设计时钟同步方案，解决GPS和SINS数据观测时间不同步的问题。最后，对组合导航系统进行了测试。在静、动态测试环境下实现了组合导航系统的功能。关键词：组合导航，嵌入式硬件设计，数据融合，软件开发I无人飞行器嵌入式组合导航设计与应用ABSTRACTUnmannedaerialvehicle(UAV)hasbeenwidelyusedinmilitaryandcivilfieldbecauseofitslowcost,smallsizeandstrongsurvivability.T

6、henavigationsystemisanimportantpartoftheunmannedaerialvehicle,theperformanceofitwillhaveadirectimpactontheflightresult.Therearemanykindsofnavigationsystemsbasedondifferentprinciples,butthedefectsareunavoidablewhenthesystemisusedalone.UsingSINSandGPSforintegratednavigation.Inthispaper

7、,themodeofSINS/GPSintegratednavigationhasbeenused,anembeddedintegratednavigationhardwaresystemwasdesignedandthedevelopmentofsoftwarewascompletedwiththealgorithmresearchofintegratednavigation.Firstofall,thedesignofembeddedhardwaresystemiscompletedinthispaper.Thefunctionalrequirementso

8、fintegratedn