地磁/陀螺姿态测量组合系统设计

发布时间：2023-08-11 19:20

　　导航技术是一门涉及多学科和多领域的综合性尖端技术，是实现导弹精确制导的关键。导航系统的设计不仅可以对飞行体的姿态进行跟踪测量和控制，而且可以保证飞行体按照预计的轨道完成规定的任务。本文以旋转弹药的姿态测试系统为工程应用背景，针对以往加速计安装复杂、安装精度要求高、解算复杂等问题，设计了一种地磁、陀螺相结合的姿态测试系统，并结合低成本、小型化和高速实时计算能力的要求，将高性能的数字信号处理器TMS320F28335应用于该系统，并通过GPS、卡尔曼滤波信息融合技术来进一步提高系统精度。 论文首先总结了目前应用于弹体姿态测试系统的方法，描述了组合导航系统的发展现状；接着对弹体姿态测试系统中所要用到的一些基本理论做了详细的概述；然后提出了地磁、陀螺姿态测试系统的硬件电路设计，系统采用抗高过载的地磁传感器以及抗高冲击的MEMS陀螺惯性器件和高性能的A/D转换器构成信号采集单元，将新型高性能的数字信号处理器TMS320F28335应用于该系统，实现了由DSP控制A/D的导航解算系统，为导航系统中的复杂算法提供了硬件条件；最后在此基础上设计了底层控制软件。 对MEMS陀螺单板在高速率转台上进行了标...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外发展概况
        1.2.1 惯性导航系统的国内外研究现状
        1.2.2 弹体姿态测试技术的发展概况
        1.2.3 组合导航系统的发展概况
    1.3 论文的主要研究工作
2 弹体姿态测试系统理论概述
    2.1 常用坐标系
    2.2 坐标系之间的转换
    2.3 地磁场基本理论
        2.3.1 地磁场的性质
        2.3.2 地磁场要素
        2.3.3 地磁测姿原理
    2.4 姿态解算算法
        2.4.1 欧拉角法
        2.4.2 方向余弦法
        2.4.3 四元数法
        2.4.4 等效旋转矢量法
    2.5 本章小结
3 地磁、陀螺姿态测试系统硬件设计
    3.1 系统整体结构框图设计
    3.2 关键芯片选型
        3.2.1 DSP 芯片的选型
        3.2.2 MEMS 陀螺仪选型及介绍
        3.2.3 地磁传感器选型
    3.3 硬件各功能模块设计
        3.3.1 电源模块设计
        3.3.2 传感器信号采集模块设计
        3.3.3 数据处理 DSP 模块及外围电路设计
        3.3.4 与上位机通信接口电路设计
    3.4 本章小结
4 底层软件设计
    4.1 DSP 软件编译环境介绍
    4.2 软件总体流程设计
        4.2.1 系统初始化模块设计
        4.2.2 MEMS 陀螺数据采集模块设计
        4.2.3 导航解算模块设计
        4.2.4 上位机通信模块设计
    4.3 本章小结
5 MEMS 陀螺主要性能指标研究
    5.1 标定目的、方法及标定过程
    5.2 MEMS 陀螺性能指标计算方法
        5.2.1 标度因数生成方法
        5.2.2 标度因数非线性度生成方法
        5.2.3 零偏、零偏稳定性和零偏重复性计算方法
    5.3 测试方法
        5.3.1 标度因数及标度因数非线性测试
        5.3.2 零偏、零偏稳定性和零偏重复性测试
    5.4 标定结果
6 总结及展望
附录A 电源板整体电路原理图
附录B MEMS 陀螺信号采集整体电路原理图
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢



本文编号：3841611