惯性导航系统显控软件设计与数据传输安全性研究

摘要

光纤陀螺仪以其工艺简单、寿命长、启动速度快、精度高的优点，成为捷联惯性导航系统中最具吸引力的研究对象之一。在以光纤陀螺仪为核心的光纤陀螺捷联惯性导航系统的研制中，除对于器件本身以及导航算法的研究外，对于系统数据的精确采集以及进行必要显示控制也尤为重要。本文结合实验室自研光纤陀螺捷联惯导系统显控软件的背景，在分析了软件需求的基础上，给出了一种实现方案。其使用改进AES算法保证惯导系统数据传输安全性，并具备对陀螺仪温度补偿、对加速度计内杆臂标定的功能。通过相应的测试证明了此方案的有效性，实现了预定的设计目标。
　　本文阐述了国内外惯性导航系统和数据加密标准的发展概况，并对显控软件的需求进行了细致的分析。首先是对显控软件自身的功能进行需求分析，包括系统初始参数设置的需求分析、惯性器件温度误差补偿参数设置的需求分析、对杆臂补偿参数设置的需求分析；然后对显控软件的外部传感器接口进行需求分析，最后对导航数据的安全性传输进行需求分析，并设计了采用改进AES算法对数据进行加密的总体方案。
　　然后研究了AES算法的实现原理及其安全性，通过分析其中的不足，对其S盒以及轮变换步骤进行改进，设计出一种新型S盒替换方案和优化轮变换实现过程的改进方案，接着对显控软件的多线程数据通信模块以及改进AES加密算法的数据处理模块进行设计，通过实验验证了数据传输的安全性和实时性得到了提高。
　　本文接着对显控软件进行详细的设计，首先是对显控软件人机交互界面进行设计，包括人机交互界面的总体结构，窗口会话模块设计，绘图与刷新模块设计和控制模块设计；然后对温度补偿方案和加速度计内杆臂标定方案进行分析，并分别利用卡尔曼滤波和最小二乘法完成软件设计。
　　最后对显控软件的功能进行测试分析。首先选择测试平台，将显控软件和下位机进行连接并给出具体的实物图；然后对显控软件的功能进行实际测试，包括主控界面功能测试，启动命令功能测试，下位机参数设置功能测试，软件绘图功能测试；接着对显控软件的改进AES加密功能进行测试。测试完毕并且给出测试结果，证明了显控软件数据传输的安全性；最后对温度补偿模块和杆臂标定模块进行测试分析，证明了该项功能的有效性。所有功能测试完毕最终证明显控软件的可用性，满足需求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景以及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作

第2章 惯性导航系统基本原理及显控软件需求分析

2.1 惯性导航系统基本原理

2.2 惯性导航系统显控软件功能需求分析

2.3 惯性导航系统显控软件外部接口需求分析

2.4 惯性导航系统数据传输安全性需求分析

2.5 软件总体设计

2.6 本章小结

第3章 惯性导航系统数据安全传输方法研究

3.1 AES算法研究

3.2 AES算法S盒变换过程改进研究

3.3 AES算法轮变换过程改进研究

3.4 基于改进AES算法数据处理与通信设计

3.5 本章小结

第4章 惯性导航系统显控软件设计

4.1 人机交互设计

4.2 陀螺温度补偿模块设计与实现

4.3 加速度计内杆臂标定模块设计与实现

4.4 本章小结

第5章 惯性导航系统显控软件测试与分析

5.1 系统测试方案

5.2 显控软件基本功能测试

5.3 改进AES算法测试

5.4 温度补偿模块以及加速度计内杆臂标定模块测试分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢