基于VxWorks的惯性导航软件设计与实现

摘要

导航计算机是捷联惯导系统的核心，它肩负着数据采集、姿态解算、误差补偿、导航信息发布和故障诊断等任务。随着嵌入式技术的发展与进步，其应用领域已经扩展至社会经济、航天、军事、舰船、通信等相关行业，嵌入式相关软件技术也日益成熟，嵌入式界面开发工具，嵌入式通信技术都有了突飞猛进的发展。这些都为惯性导航软件的实现与优化提供了坚实的基础。
　　课题以VxWorks实时嵌入式操作系统作为软件平台，使用Tilcon作为系统GUI开发工具，运用串行通信手段，充分发挥实时操作系统的实时性与安全性，设计了一款惯性导航系统软件。课题使用虚拟终端代替实际的物理平台进行软件测试，节省了软件在实际投入使用前的调试成本。
　　本文开始扼要介绍了惯性导航和实时嵌入式操作系统相关领域的发展历程、现状及其发展趋势。
　　首先，基于捷联惯导系统的工作原理，利用四元数法完成了导航信息的解算；采用惯性系下的粗对准以及系泊精对准完成了导航系统的初始对准；利用分立式标定确定了惯性测量元件的误差系数，对其进行了补偿，为惯导软件的解算功能提供算法支持。
　　其次，依据对惯性导航系统软件基本功能及其性能指标的分析，对整个系统软件平台做了整体设计。包括开发平台的选取，开发开方法的确定，并根据所选用的模块化软件开发方法结合惯性导航系统的功能特性进行了系统功能模块的划分（包括通信模块、解算模块、显控模块）、具体任务及其优先级的确定，并进行了软件工作机理的设计。
　　然后，在虚拟终端上搭建了完整的VxWorks操作系统环境，为系统软件的实现做好准备工作。
　　最后，根据所划分的功能模块依次进行实现，并最终进行整合测试。主要包括：针对HY-820光纤惯性测量单元IMU的输出数据格式实现串行通信与数据采集；根据导航算法实现了导航解算功能模块，同时提高了程序的运行效率，缩短了运行时间，更好的满足了惯性导航系统对实时快速性的要求；采用嵌入式图形开发工具Tilcon，完成了惯性导航系统软件显控界面等。测试结果验证了惯性导航系统软件可行性，并能较好的满足导航系统的功能需求。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 相关内容研究动态

1.3 本文主要研究工作

第2章 捷联式惯导系统导航算法设计

2.1捷联惯导系统的基本工作原理

2.2 捷联惯导姿态解算算法实现

2.3 初始对准算法

2.4 捷联惯导系统误差补偿

2.5 本章小结

第3章 惯性导航系统软件总体设计

3.1惯性导航软件需求分析

3.2 惯导软件总体设计

3.3 本章小结

第4章 VxWorks在虚拟终端下的实现

4.1 VxWorks嵌入操作系统

4.2 Tornado集成开发环境研究

4.3 VxWorks在虚拟机下的实现方法

4.4 本章小结

第5章 惯性导航系统软件总体实现

5.1通信模块实现

5.2 解算模块的实现

5.3显控模块设计

5.4显控模块整体实现

5.5系统软件的总体实现运行

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果

致谢