GPS DR算法便携式水下导航仪设计

GPS DR算法便携式水下导航仪设计 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ GPS+DR算法便携式水下导航仪设计 摘要精确的导航定位是水下航行器顺利完成任务必不可少的条件。然而，电磁波在水中的衰减，限制了GPS的应用，因此要实现水下的精确定位，必须加以其他的导航技术作为辅助。 本以某小型水下潜行器为背景，以GPS与DR算法相结合的导航方式为基础，研制一款便携式水下定位导航系统，克服传统导航系统体积大、精度低的缺点。进行了导航方式的比较、系统的整体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计、GPS模块和电子罗盘模块的硬件 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 设计，GPS与电子罗盘数据的接收与处理等方面的内容。11748 关键词GPS导航船位推算组合导航便携式 毕业设计说明书,论文,外文摘要 TitleThe Design of Portable Underwater Navigator 1 / 12 Abstract Precise navigation and positioning is the indispensable condition for underwater vehicle to complete the task successfully. However, the electromagnetic wave’s attenuation in the water limit the application of GPS to achieve the precise positioning of the underwater, and there must be other navigation techniques to be as an auxiliary. In this paper, under the background of a small underwater stealth, based on a combination navigation of GPS and DR algorithm, we designed a portable underwater positioning and navigation system, to overcome the bulky, low precision of traditional navigation systems. This paper introduces the comparison of the navigations, the overall program design of the system, the hardware circuit design of GPS module and electronic compass module, data receiving and processing of GPS and electronic compass. KeywordsGPSDR algorithmIntegrated ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ Navigationportable 目次 1绪论1 1.1引言1 经过两千多年的发展，现代导航技术已经不再局限于原有的司南与天文导航。它能通过无线电导航、天文导航、地磁导航、惯性导航、卫星导航等多种单一或组合导航技术，实现精确的导航定位，来引导飞机、船舶、车辆及个人安全准确地沿着一定的路线，准时到达目的地。 1.2课题研究背景及意义 由于水介质的特殊性，诸如光学导航、无线电导航、卫星导航等常用的导航技术在水下难以被采用。因此， 3 / 12 相对陆空导航，水下导航可利用资源较少，实施起来相对困难。无源、自主惯性导航系统短时间内具有导航精度高、导航信息全面等特点，非常适合水下导航。但由于系统漂移，长时间导航会存在误差积累。随着现代科学技术的发展，特别是我国海洋强国战略的实施，对水下导航在精度和可靠性方面都提出了更高的要求，仅靠单一惯性导航系统很难满足这些要求，因此需要形成以惯性导航系统为主导航系统、其他导航系统为辅助导航系统的组合导航系统，以提高导航的精度和可靠性，这也是当前水下导航技术的发展趋势。 现有的导航技术多是基于大型潜艇平台开发研究的，然而随着近年来，小型水下潜行器的发展，对水下导航技术提出了不少新的挑战，相比基于大型潜艇的导航技术而言，小型水下航行器提出了更高的要求: ,1,体积要求，相比潜艇，水下航行器空间有限，不可能像大型潜艇那样，开发大型的导航平台，要便于携带，不影响水下航行器本身的工作性能。 ,2,精度要求，一方面由于水下航行器本身体积小，受洋流的影响大，系统误差必然较大，另一方面，由 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 于导航系统体积的限制，传感器本身的性能大打折扣，不然影响导航系统本身的性能，这将导致导航精度面临挑战。 ,3,续航能力，小型水下航行器导航时，必须借助电池供电，不能像潜艇那样提供相对较久的电力供给，这将对现有的功耗技术、电池存储技术提出巨大的挑战。 2.2DR算法的简介 船位推算算法,Dead Reckoning,是一种比较基本的导航定位的方法，是通过航向与速度信息，通过一定的计算来推算出船位位臵的方法。 陆地导航中，由于其他更高精度的导航方法的使用，往往不太强调船位推算法，但在水下导航中，所能利用的信息量少，船位推算的作用就相当重要，是水下导航中主要定位方式。 5 / 12 船位推算本可以在三维空间对信息进行积分求解计算，但考虑到本课题中水下航行器的工作环境特殊，航行速度慢，且在水下的深度变化不大，故可忽视竖直方向的航向、位移变化，用平面的信息进行处理，也减小了系统数据处理的负担。因此简单从二维空间的角度介绍下其推算的基本原理。[9、10] 图2-2船位推算原理图 如图2-2所示，假设为某一时间段的航行轨迹。在坐标系中不难得出如下坐标关系: 类推，可以得到: 在恒定的采样周期和足够高的采样频率下，在采样周期内，近似认为加速度为0，且相邻两采样点之间的轨迹为直线，那么，可将以上的公式归结为: 从公式不难看出，船位推算过程中要对航向角及S ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 连续采样，同时需提供精确的初始位臵和初始航向角。 2.3其他导航方式的简介与比较 2.3.1惯性导航[11-13] 惯性导航,inertial navigation,是依据牛顿惯性原理，利用惯性元件,加速度计,来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位臵，从而达到对运载体导航定位的目的。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。惯性导航系统通常由惯性测量装臵、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装臵包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量运载体的3个转动运动,3个加速度计用来测量运载体的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出运载体的速度和位臵数据。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性导航组合在运载体上的安装方式，分为平台式惯性导航系统,惯性导航组合安装在惯性平台的台体上,和捷联式惯性导航系统,惯性导 7 / 12 航组合直接安装在运载体上,,后者省去平台，所以结构简单、体积小、维护方便，但仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 工作条件不佳,影响精度,，计算工作量大。 2.3.2声学导航 海水具有良好的导电性，电磁波在海水中传播时衰减迅速，从而限制了基于无线电的导航系统比如罗兰C、OMEGA、卫星导航和雷达等常规导航技术在水下定位和导航中的应用。相对于无线电信号而言，声信号在海水中传播衰减小，可以传播较远的距离。在非常低的频率,200Hz以下,时，声波在海水中可以传播至几百千米，即使20kHz的声波在水下的传输衰减也只有2,3dB/km，所以海洋中探测、导航、定位和通信主要采用声波。[14] 水声定位系统分为长基线系统、短基线系统和超短基线系统。这些定位系统都有多个基元,接收器或应答器,，基元间的连线称为基线。一般用基线的长度来判断属于哪类系统，如表2.1所示。 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 表2.1声学导航分类 定位类型基线长度/m简称 长基线100,6000LBL 短基线1,5SBL 超短基线<1USBL或SSBL 各类水声定位系统都有其自身的优点和缺点。长基线系统因其基线较长，因而定位精度高。缺点是在深水使用时，位臵数据更新率较低，达到分钟的量级。其另一缺点是布放、校准和回收需要较长时间，且这些作业过程较为复杂。 短基线系统的缺点是某些水听器可能不可避免地被安装在高噪声区，从而使跟踪定位性能恶化。这种系统的定位精度比常规超短基线系统高，但比长线系统低。只要短基线系统基阵业经安装，进行定位导航作 9 / 12 业就比较方便，因为不需要布放多个应答器并进行校准。 超短基线系统提供的定位精度往往比上两种系统差。这是因为它与前两种系统不同，只有一个紧凑的尺寸很小的声基阵安装在载体上。[15] 2.3.6组合导航 组合导航的方法，就是综合INS、声学导航、地球物理导航等导航技术，结合卫星导航定位系统，融合多种导航信息进行导航的导航方法。利用多种导航技术优势互补，从而实现更为精确的定位。通过多传感器技术，结合适当的数据处理算法来实现精确的导航定位。目前普遍应用的组合导航系统的方案促进了导航信息处理方法向多传感器、多数据采集信息融合的方向发展。之前提到的三种导航技术，各有其优缺点，而且由于用途不同，在实际应用时，还无法替代，因此都处于不断发展的阶段。但是，如果水下航行器上采用上面提到的单一的导航方法，其精度、可靠性无 ---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 法满足未来水下航行器发展的需要，将多种导航技术适当地组合起来，不仅可以取长补短，大大提高导航精度，而且可以适当地降低单一导航系统的精度，从而可以大大降低单一导航系统的成本和技术难度。此外，组合导航系统还可大大提高系统的可靠性和容错性能。因此成本低、组合式及具有多用途并且能够实现全球导航的组合导航将是水下航行器未来导航技术的发展方向。 2.4GPS与DR算法组合导航 GPS技术目前已经发展得比较成熟，定位精度也原来越高，一般而言其他定位导航方式大多作为辅助导航措施而存在。然而水下导航比较特殊，GPS所采用的无线电信号无法再水中直接传播，给直接使用GPS信号带来了巨大的困难。 考虑到DR算法是一种自助式导航技术，避免了水下信号传播的局限性，DR算法无疑是水下导航的首选。 11 / 12 DR算法需要精确的初始位臵，且由于长时间的使用DR算法导航必然引起较大的误差，需要对初始位臵进行精密测量并对数据进行校正，所以采用GPS与DR算法组合导航技术，可以避免两者的不足，实现组合导航的优越性。