捷联惯导系统中石英加速度计温漂补偿研究

摘要

捷联惯性导航系统具有完全自主、不受干扰、实时输出载体姿态、位置、速度等各种导航信息的优点，在军民领域尤其是军用领域得到了各国的普遍重视，广泛应用于各类导弹、卫星发射等场合，因此其精度的高低是一个国家军事实力的重要标志。影响捷联惯导系统精度的因素有很多，如惯性器件的测量精度、姿态解算的算法、信号处理的速度和精度等等。在算法选择和硬件实现速度相同的条件下，惯性器件陀螺和加速度计的误差补偿就显得尤为重要，在影响惯性器件输出精度的诸多要素中，温度是其中最显著也是最常见的因素。本文主要内容就是研究惯性器件石英加速度计的温度漂移误差的补偿，该方法同样适用与惯性器件陀螺的温度漂移误差补偿。
　　 本文的研究工作主要围绕以下几个部分展开：
　　 (1)研究石英加速度计对温度的敏感特性以及由温度变化导致的漂移误差，然后提出温度漂移误差补偿模型、拟合方法及补偿的实现思路。
　　 (2)石英加速度计温漂补偿的软硬件实现。首先从整体上介绍了捷联惯性导航系统信号采集处理方案，包括三条主通道和一个数据处理中心，即加速度计数据采集通道、陀螺仪数据采集通道、温度数据采集通道和数字信号处理器。重点讲述其中与石英加速度计温漂补偿相关的一条通道。
　　 (3)利用FPGA设计实现了曼彻斯特码的编码，解决了信号在传输过程中的稳定性问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本课题研究的目的和意义

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.2.1惯性导航系统概述

1.2.2捷联惯性技术的发展

1.2.3加速度计的发展概述

1.3论文的主要内容和基本框架

2捷联惯导系统的工作原理

2.1坐标系的定义

2.2捷联式惯性导航的实现过程

2.3捷联惯性导航的基本算法

2.3.1捷联式惯性导航算法的内容

2.3.2载体位置和姿态角的推算

2.3.3姿态矩阵的推算

2.4惯性器件的输出精度对导航系统的影响

2.5本章小结

3石英加速度计的温度漂移分析

3.1石英挠性摆式加速度计的工作原理

3.2石英加速度计的温度漂移试验

3.2.1温度漂移试验方法

3.2.2温度漂移试验结果

3.3石英挠性加速度计的温度漂移分析

3.4本章小结

4石英加速度计的温度漂移补偿

4.1 BP神经网络

4.2 Morlet小波神经网络

4.3小波神经网络模型建立

4.4硬件实现方案

4.5本章小结

5石英加速度计温漂补偿的软硬件实现

5.1捷联惯导系统信号采集处理实现方案

5.2主要芯片的选型

5.2.1 FPGA芯片的选型

5.2.2 DSP芯片的选型

5.2.3精密运放芯片的选型

5.2.4 A/D转换芯片的选型

5.2.5温度传感电路

5.3加速度计温漂补偿的软硬件设计

5.4串口通信的FPGA实现

5.4.1接口类型介绍

5.4.2串口通信

5.4.3串口的接口标准

5.4.4用FPGA实现串口通信

5.5曼彻斯特码编码的FPGA实现

5.5.1曼彻斯特码介绍

5.5.2曼彻斯特码编码的FPGA实现

5.6本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2对以后工作的展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录