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无人机的AHRS与rtk gps数据融合算法研究及软硬件设计

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无人机的AHRS与RTK GPS数据融合算法研究及软硬件设计

作者：刘炼军福州大学

学位级别：硕士

无人机的迅速发展使得它在各个领域得到广泛应用。目前,在信息化的社会中无人机在快递行业、航拍、农业、植保、灾难救援等方面成为各国研究的热门,全球都致力于提高无人机飞行控制系统的稳定性以及定位系统的精确度。因此该系统设计中... 详细信息

无人机的迅速发展使得它在各个领域得到广泛应用。目前,在信息化的社会中无人机在快递行业、航拍、农业、植保、灾难救援等方面成为各国研究的热门,全球都致力于提高无人机飞行控制系统的稳定性以及定位系统的精确度。因此该系统设计中以飞行控制系统和rtk gps(实时动态定位系统)为依托,研究AHRS(航姿参考系统)与rtk gps(实时动态定位系统)数据融合算法用以最大程度提高飞控的稳定性和定位的精确度,具有非常重要的理论与实际应用价值。本文首先对系统的AHRS(航姿参考系统)与rtk gps(实时动态定位系统)数据融合算法展开研究与实现。先阐述AHRS中四元数、欧拉角和旋转矩阵的转换关系以及rtk gps定位原理,再分析最小二乘估计、维纳滤波器(线性最小方差估计)、卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波器几种常见的数据融合算法,通过对公式推导、算法复杂度以及误差大小进行对比,最终确认该系统的数据融合算法以扩展卡尔曼滤波为基础,优化系统的输入量维数以及外部噪声参数来实现系统输出最优的状态数据,并对AHRS与rtk gps的数据融合算法进行MATLAB仿真和分析。为验证数据融合算法的可行性,本文完成了系统的软硬件设计,硬件电路包括飞行控制系统硬件电路和rtk gps定位系统硬件电路。飞行控制系统需要提供AHRS的基本数据,其主控制器芯片采用高性能的STM32F4系列芯片,完成数据的接收、发送和处理,而所需的陀螺仪、加速度计、磁感应强度、气压等等数据通过外部传感器进行采集。rtk gps定位系统硬件电路中采用NEO-M8P定位芯片为系统提供高精度的定位数据。飞行控制软件系统主要包括嵌入式Linux系统开发环境的搭建、Nuttx系统的配置和编译、飞行控制系统的编译和固件的烧写。同时构建地面站,通过无线传输设备实现与飞行控制系统进行飞行指令、通信数据的传输,而rtk gps定位软件设计主要需要通过u-center对硬件电路进行配置以实现卫星信号达到最强。论文最后对整个系统的数据融合算法、软件和硬件平台进行测试。通过对系统数据融合算法输入实际飞行数据来实现仿真,并与输出数据进行对比,结果表明在飞行控制系统中实现该融合算法使得输出数据更加接近于实际值,单位时间内数据量增多,并有效地降低了噪声对系统的影响;同时对软硬件平台进行整体分析和测试,可知该系统具有处理数据快、定位时间短、精度高、稳定性高等特点,并能够实时得到高精度的定位信息;然而,本方案采用NEO-M8P定位芯片增加了系统成本与芯片维护难道,有进一步提升的空间。

关键词：无人机 AHRS rtk gps 融合算法飞行控制系统

rtk gps技术在水下地形测量中的基本应用

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RTK GPS技术在水下地形测量中的基本应用

中国航海学会航标专业委员会测绘学组学术研讨会

作者：吴晖上海海事局海测大队

本文主要介绍了应用rtk gps技术进行水下地形测量的基本方法、思路及一些注意事项,在水深测量中使用rtk技术越来越得到成熟而广泛的应用。

关键词： rtk gps 水下地形测量

rtk gps在工程测量河道中运用及南方CASS成图系统中的土方计算

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RTK GPS在工程测量河道中运用及南方CASS成图系统中的土方计算

第九届长三角科技论坛（测绘分论坛）

作者：郑永如皋市勘测院

在研究分析工程测量知识中提出河道测量一些相关知识,并且阐述运用rtk gps后进行河道测量的实测的方法,再对用rtk gps野外采集获取数据及信息进行处理,并且在南方CASS成图软件中绘制断面图,并计算土方量。

关键词：工程测量河道测量水位观测水深测量 rtk gps 断面图土方计算

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基于rtk gps的叶赫古城遗址形态特征

测绘与空间地理信息 2021年第5期44卷 89-91,93页

作者：王景发宋春威巴之丹吉林师范大学旅游与地理科学学院吉林四平136000

遗址形态测量对分析遗址与环境关系、保护古遗址具有重要意义。本文利用rtk gps对叶赫古城进行形态测量,将碎部测量的离散点进行空间插值,提取古城遗址形态示量参数,并分析遗址空间分布特征。结果表明,叶赫古城略呈椭圆形,面积64782.82 ... 详细信息

遗址形态测量对分析遗址与环境关系、保护古遗址具有重要意义。本文利用rtk gps对叶赫古城进行形态测量,将碎部测量的离散点进行空间插值,提取古城遗址形态示量参数,并分析遗址空间分布特征。结果表明,叶赫古城略呈椭圆形,面积64782.82 m 2,城垣周长1022.38 m,地势东部略高于西部,最大坡度为55.21°,遗址向阳坡面积约为54825.71 m 2,占古城遗址总面积的84.63%。叶赫古城遗址地理区位优越,三维形态科学,研究以期为叶赫古城遗迹保护和开发提供科学依据。

关键词： rtk gps 形态测量叶赫东城

基于Dgps和rtk gps高性能在M9/S5测量中的应用

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水利技术监督 2022年第1期30卷 22-26页

作者：胡凯辽宁白石水利水电建筑工程有限公司辽宁沈阳110000

当前走航式多普勒流速仪都具有底跟踪功能,采用底跟踪可以精确测量到走航船只的航行速度,从而完成了仪器对水流的流速测量。而配备Dgps,或者配备rtk gps,是为了解决走底河床,或者洪水期间底跟踪失效时,不能正确测量到船速,从而影响到流... 详细信息

当前走航式多普勒流速仪都具有底跟踪功能,采用底跟踪可以精确测量到走航船只的航行速度,从而完成了仪器对水流的流速测量。而配备Dgps,或者配备rtk gps,是为了解决走底河床,或者洪水期间底跟踪失效时,不能正确测量到船速,从而影响到流量的测验精度。另外,采用gps配置带来的另一个好处是,还可以扩大了M9/S5的测流范围。对M9来说,其流量的测量范围从最大水深的40m范围,扩大到了80mm。对S5来说,则从5m扩大到了15m。

关键词： Dgps rtk gps 测量精度 M9/S5

基于编码的rtk gps架空送电线路平断面测量系统设计

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基于编码的RTK GPS架空送电线路平断面测量系统设计

广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会

作者：雷伟刚陈尚东广东省电力设计研究院

详细讨论rtk gps架空送电线路平断面测量系统的外业工作模式、地物编码、观测方法、数据格式和道亨数据接口,以及基于AutoCAD和Microstation V8两个图形平台的平断面图绘制功能。提供了架空送电线路工程测量从外业数据采集到内业数据处... 详细信息

详细讨论rtk gps架空送电线路平断面测量系统的外业工作模式、地物编码、观测方法、数据格式和道亨数据接口,以及基于AutoCAD和Microstation V8两个图形平台的平断面图绘制功能。提供了架空送电线路工程测量从外业数据采集到内业数据处理等一整套流程的解决方案,并且自主研发、实现了该软件系统,现本系统已经在架空送电线路工程中得到广泛应用。

关键词： rtk gps 架空送电线路档距耐张段道亨数据接口

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水深测量中rtk gps技术的应用

水深测量中RTK GPS技术的应用

2014年3月建筑科技与管理学术交流会

作者：王兴华奎屯农七师勘测设计研究院(有限公司)

本文主要介绍了应用rtk gps技术进行水深测量的基本方法、思路及一些注意事项,在水深测量中使用rtk技术越来越得到成熟而广泛的应用。

关键词： rtk gps 水深测量应用

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gps rtk高程测量精度的探讨

GPS RTK高程测量精度的探讨

全国城市公路学会第十五届（2006）学术年会

作者：陈晓轩陕西省公路勘察设计院

阐述gps rtk的工作原理,讨论rtk确定高程的方法,并对其与水准测量结果进行了比较,提出了提高rtk高程测量精度的方法。

关键词： rtk gps 载波相位差分技术高程系统高程精度

Sensor fusion-based approach for the field robot localization on Rovitis 4.0 vineyard robot

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2022年第6期15卷 91-95页

作者： Jurij Rakun Matteo Pantano Peter Lepej Miran Lakota Faculty of Agriculture and Life Sciences University of MariborPivola 102311 HočeSlovenia Az.Agricola Giorgio Pantano Via stradelle 40CandianaItaly VISTION d.o.o. Kolodvorska ulica 24Slovenska BistricaSlovenia

This study proposed an approach for robot localization using data from multiple low-cost sensors with two goals in mind,to produce accurate localization data and to keep the computation as simple as *** approach used data from wheel odometry,inertial-motion data from the Inertial Motion Unit(IMU),and a location fix from a Real-Time Kinematics Global Positioning System(rtk gps).Each of the sensors is prone to errors in some situations,resulting in inaccurate *** odometry is affected by errors caused by slipping when turning the robot or putting it on slippery *** IMU produces drifts due to vibrations,and rtk gps does not return to an accurate fix in(semi-)occluded *** of these sensors is accurate enough to produce a precise reading for a sound localization of the robot in an outdoor *** solve this challenge,sensor fusion was implemented on the robot to prevent possible localization *** worked by selecting the most accurate readings in a given moment to produce a precise pose *** evaluate the approach,two different tests were performed,one with robot localization from the robot operating system(ROS)repository and the other with the presented Field Robot *** first did not perform well,while the second did and was evaluated by comparing the location and orientation estimate with ground truth,captured by a hovering drone above the testing ground,which revealed an average error of 0.005 m±0.220 m in estimating the position,and 0.6°±3.5°when estimating *** tests proved that the developed field robot localization is accurate and robust enough to be used on a ROVITIS 4.0 vineyard robot.

关键词： localization odometry IMU rtk gps vineyard robot sensors fusion ROS precision farming