基于MIMU的捷联惯性/GPS组合系统研究

摘要

随着MEMS技术的迅速发展，基于MEMS技术的惯性器件正逐步走向成熟。MIMU具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等一系列优点，因此基于其构建的捷联惯性系统及组合系统在许多领域尤其是军事领域有着广阔的应用前景。为此，本文开展了基于MIMU的捷联惯性/GPS组合系统的研究工作。 本文首先根据国内外MEMS的发展现状，对出几种性能的MIMU组成的捷联姿态系统的性能进行了研究分析，从总体上而言，由MIMU组成的捷联姿态系统的精度要低于由传统的惯性器件组成的捷联姿态系统的精度；因此，接着开展了基于MIMU的捷联惯性/GPS组合系统的研究，并采用卡尔曼滤波算法进行数据融合；最后根据组合系统的需求，设计了一种DSP+MCU结构的导航计算机。 论文完成了捷联惯性系统的算法，可用于分析基于MIMU的捷联姿态系统的性能；完成了基于MIMU的捷联惯性/GPS组合系统的算法，算法仿真结果表明，组合系统的精度得到了明显的提高；设计完成的基于DSP+MCU的导航计算机的硬件，为整个系统的工程化实现打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 概述

1.1.1 MEMS惯性器件的特点及国内外发展现状

1.1.2惯性导航技术

1.2 MIMU在组合系统中的应用

1.3本文研究的目的和意义

1.4本文的主要内容

2基于MIMU的捷联惯性系统的性能仿真研究

2.1 捷联惯性系统的算法编排

2.1.1 概述

2.1.2方向余弦阵

2.1.3 四元数法

2.1.4捷联惯性系统算法编排

2.2基于MIMU的捷联惯性系统性能仿真研究

2.2.1仿真的目的和意义

2.2.2仿真的主要思路

2.2.3捷联系统主算法

2.2.4基于MIMU的捷联姿态系统仿真

3基于MIMU的捷联惯性/GPS组合系统的设计研究

3.1 组合系统概述

3.2卡尔曼滤波技术

3.2.1 概述

3.2.2卡尔曼滤波方程

3.3采用卡尔曼滤波器时捷联惯性/GPS的组合方式

3.4捷联惯性/GPS组合系统的数学模型

3.4.1捷联惯性系统的误差

3.4.2捷联惯性/GPS组合系统的状态方程

3.4.3捷联惯性/GPS组合系统的量测方程

3.4.4连续系统的离散化

3.5卡尔曼滤波仿真

3.5.1仿真条件

3.5.2仿真结果及分析

3.5.3系统中卡尔曼滤波算法的一种改进措施

4 DSP+MCU的导航计算机设计

4.1 概述

4.2设计方案

4.2.1总体设计方案

4.2.2 DSP选型

4.2.3 MCU选型

4.3双机通信接口-HPI-8

4.3.1 HPI-8接口概述

4.3.2 HPI-8接口功能和操作

4.3.3主机对HPI-8的读写访问

4.4硬件模块设计

4.4.1 多电源管理模块

4.4.2电平转换模块

4.4.3 DSP存储器的扩展

4.4.4 DSP异步串口的扩展

4.4.5 JTAG仿真接口

4.4.6 MCU的双串口设计

4.5系统调试

4.5.1 MCU双串口通信调试

4.5.2 MCU对HPI-8的操作调试

4.5.3 DSP串口通信调试

4.5.4.双机通信调试

4.5.5 BOOTLOADER设计与调试

5总结与展望

致 谢

参考文献