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基于组合导航的无人船导航系统研究及软件开发

基于组合导航的无人船导航系统研究及软件开发

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作者：王明旺华中科技大学

学位级别：硕士

近几十年来,我国科学技术飞速发展,湖面和海面的船舶导航定位也受到了更多的重视,导航定位算法和相关的软件开发技术也得到了很大的发展。本文以无人船项目为切入点,针对项目需求,针对性地设计并搭建了船体搭载的传感器硬件系统、船载... 详细信息

近几十年来,我国科学技术飞速发展,湖面和海面的船舶导航定位也受到了更多的重视,导航定位算法和相关的软件开发技术也得到了很大的发展。本文以无人船项目为切入点,针对项目需求,针对性地设计并搭建了船体搭载的传感器硬件系统、船载软件设计、岸基软件设计及实现、基于松组合导航算法的导航系统设计及实现。以下为本篇文章主要的研究内容以及完成的工作内容:对船载的传感器以及其他相关硬件进行调研选型,确定了船载硬件系统,在此基础之上,设计了船体总体方案。由船体总体方案的硬件连接和各个数据流向,设计了基于ROS系统的船载软件,详细的定义了各个节点的功能,通过编程实现了船载软件,并在实际实验中正常运行。根据无人船实际的项目需求,对岸基控制柜上面运行的岸基软件进行了需求分析、软件方案设计、最后在Windows10环境下使用QT编程实现了所设计的岸基软件,在实际湖面实验中,岸基软件的通讯功能、数据显示功能和数据记录功能都正常,满足了项目的需要。由理论入手,详细的推导了惯性导航的静基座初始化原理和惯性导航系统的姿态、速度以及位置更新原理,根据所描述的算法原理,在Linux系统下使用C++语言编程实现了惯导的初始化及其系统的整体流程,通过实验验证了惯性导航系统的特点。为后续的组合导航系统做铺垫。由于惯性导航系统和全球导航卫星系统各有所长和所短,为了得到导航性能更加优秀的导航系统,最终决定使用基于卡尔曼滤波的松组合导航算法对惯性导航系统和全球卫星导航系统的数据进行数据融合,本文设计了松组合导航算法的软件流程图。根据软件流程图,在Linux系统下使用C++语言编程实现了松组合导航算法,并使用真实的数据,对编写的程序进行了验证,通过对实验结果的分析,验证了松组合导航算法的导航精度。本文以无人船项目为基础,根据项目详细的制定了船载软硬件系统和岸基软件设计以及具体的实现,满足了无人船在湖面实验的实验要求。本文所设计的松组合导航系统,经实验证明,提高了导航精度。船载软件、岸基软件以及组合导航算法中的数据处理和相关解算算法,是本文研究的重点内容。

关键词：无人船组合导航算法惯性导航算法船载软件岸基软件

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