文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
基于ARM7CPU和FPGA的低成本小型捷联惯导系统的设计
姓名:贾胜文
申请学位级别:硕士
专业:兵器发射理论技术
指导教师:王民钢
20060301
摘要该论文针对民用低精度导航仪器,设计了一种低成本小型的捷联惯导系统。计、内部模块设计。以基于虲为硬件系统的核心,实现了捷联惯导系统的高速实时数据处理的软硬件设计及调试。首先,该论文阐述了研究的应用背景及意义,着重分析了捷联惯导系统的算法。其次,该论文详细分析了系统的硬件设计。在设计中根据该系统低成本小型化的特点选择了合适的传感器及其它电子器件;并且详细分析了电源电路、传感器信号采集电路、计算机板等电路的原理设计。接下来详细分析了下仿真软件的设计和真实硬件系统平台下的软件设计。对于仿真软件论文给出了功能设计、界面设计、流程图设计及其最后的仿真曲线;对于真实硬件系统平台下的软件设计论文给出了功能设计、系统算法流程设最后该论文从惯性元件本身的误差、安装误差、计算误差三个方面详细分析了捷联惯导系统的误差。关键词捷联惯导系统系统误差姿态算法西北工业大学硕士学位论文
篠西北工业大学硕十学位论文,.,—.瑃,.甌,.,,,琤—.瑂,
惯性导航系统简介第滦论时不依靠任何外部信息,也不向夕淠芰俊R虼耍咝缘己较低骋涡院茫响。在平台式惯性导航系统中,惯性平台能够隔离载体的角震动,惯性测量仪表捷联式惯性导航系统是将惯性测量器件安装在载体上,捷联式惯性导航系统惯性导航系统且恢肿灾魇降己较低场K且揽坎饬吭靥导弹、汽车、飞机等旧淼募铀俣群徒撬俣壤赐扑阍靥宓乃彩彼俣取⑽恢茫约霸靥的航向姿态的。所以,组成惯性导航系统的惯性器件都被安装在载体内部,工作主性强、不易受到干扰、工作不受天气条件的限制。年,胬⒈砹恕笆胬凇崩砺郏饩隽嗽谠硕靥迳辖⒋瓜叩问题,使加速度计的误差不致引起惯性导航系统误差的发散,为工程上实现惯性导航提供了理论基础。按惯性测量器件在载体上的安装方式,可分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。其各自的特点如下:平台式惯性导航系统是将惯性测量器件安装在实体惯性平台的台体上,惯性平台多采用跟踪地理坐标系作为参考系,即当地水平平台式惯性导航系统。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪:三个陀螺仪用来测量载体三个转动角运动;三个加速度计用来测量载体三个平移运动的加速度。它的特点是台体由两个水平方向加速度计输入轴所构成的基准平面能够始终跟踪载体所在点的水平面眉速度计和陀螺仪构成的舒拉摆回路保证敲醇铀俜霞凭筒皇苤亓铀俣鹊挠工作条件较好,平台能直接建立导航坐标系,计算量小。容易修正和补偿测量仪表的输出,但是结构复杂、成本较高、余度较小、体积大、功耗大、重量大。省去了硬件平台,所以结构简单、成本较低、可靠性高、体积小、功耗小、重量轻,便于维护。更为重要的是捷联式惯性导航系统比平台式惯性导航系统具有更宽的动态范围,即更大的频率带宽。但是由于陀螺仪和加速度计直接安装在载体上,惯性测量元件的工作条件差,会降低仪表的精度,而且这种系统的加速度计输出是沿载体坐标系的加速度分量,需要经计算机转换为导航坐标系的加速度分量,系统的计算量较大。砥北工业大学硕士学位论文第滦髀
,各种低成本的新型惯性测量元件不断出现,原来的捷联惯导系统的研究可以为将来开发这方面的产品提供一定的技术积累。有一定的误差补偿算法并且需要定期利用外部标准参数信号胁问比美醋鲈怂闼俣瓤斓枚唷应用于军用的导航系统逐渐扩散到民用领域热缢灯档己降,民用市场上的低成本惯导设备不断出现。随着汽车电子等民用产品的发展,需要具有导航系统的地方也越来越多,有着很大的市场潜力。因此对低成本、小型的适合于民用捷联惯导系统的理论提出已经有几十年的历史了,众所周知它与平台式惯导系统相比具有低成本、小型化的特点,可见捷联惯导系统是未来低成本小型化惯导系统的首选方案。捷联惯导系统是由计算机代替平台的一种“平台”式惯导系统。它需要实时根据角速度计算姿态矩阵,再由姿态矩阵和加速度计测量的加速度计算位置、速度等。这对于计算机的计算能力要求相当高。此外惯导系统总存在陀螺的零位漂移、加速度计的零位漂移等问题,这将会使得捷联惯导系统必须这样怎么提高计算机计算速度,怎么选取误差补偿算法成了捷联惯导系统是否能广泛运用的关键了。为此我们提出了一种基于虵牡统杀拘⌒捷联惯导系统的设计方案。在捷联惯导系统的航姿解算中矩阵运算比较多,这最适合于来完成这些计算工作量。床康目杀喑搪呒考梢员槐嗉尚矶喽懒⒌脑怂愕ピ#些运算单元可以并行的进行运算,用它来做矩阵运算最合适了;并且内部具有若干个数字信号处理器模块扛鯠模块具有若干个硬件乘加器,它魑V骺刂破鞅喑谭浅7奖悖盟梢很方便的调用系统各个功能