視覺慣性及衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，低成本微機械慣性導航系統(tǒng)在消費電子領域，特別是在旋翼式飛行器、相機穩(wěn)定平臺、虛擬現(xiàn)實及增強現(xiàn)實設備中得到了越來越廣泛的應用。為了滿足市場需求，實現(xiàn)低成本微機械陀螺儀的批量化生產(chǎn)，現(xiàn)階段市場中微機械慣性器件的主要材料為硅。但硅基微機械慣性器件的輸出噪聲大，零偏易受環(huán)境溫度影響，故而由其構成的導航系統(tǒng)僅能提供姿態(tài)信息，無法給出定位測速信息。衛(wèi)星導航系統(tǒng)與單目視覺導航系統(tǒng)則分別能在室外與室內(nèi)完成定位測速任務，但受導航系統(tǒng)尺寸等因素限制

2、，無法進行姿態(tài)測量。本文以低成本微機械慣性、衛(wèi)星及視覺導航系統(tǒng)為基礎，設計組合導航算法，實現(xiàn)室內(nèi)及室外環(huán)境的組合導航系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容和取得的成果概述如下：
　　1.建立姿態(tài)估計系統(tǒng)坐標系，推導坐標變換關系；推導微機械慣性器件輸出模型，并結(jié)合該模型給出利用三軸轉(zhuǎn)臺進行標度因數(shù)、零偏以及安裝誤差矩陣的標定方法；結(jié)合離散擴展卡爾曼濾波器原理，以姿態(tài)四元數(shù)為狀態(tài)變量，姿態(tài)角為觀測值設計姿態(tài)估計算法；設計并完成微機械姿態(tài)估計及衛(wèi)星定

3、位系統(tǒng)硬件及軟件，并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。
　　2.建立單目視覺定位系統(tǒng)坐標系，推導坐標變換關系；推導相機模型并給出標定方法；結(jié)合OpenCV及ArUco，給出平面編碼標識物的識別和校驗方法；設計相機位置、姿態(tài)估計算法，結(jié)合實際硬件完成視覺定位系統(tǒng)，并給出系統(tǒng)測試結(jié)果。
　　3.根據(jù)低成本導航系統(tǒng)特性，提出統(tǒng)一組合導航濾波器模型，并以該模型為基礎，設計實現(xiàn)了微機械慣性衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)、微機械慣性視覺組合導航系統(tǒng)和微機械慣性衛(wèi)星視