火箭炮发射扰动检测系统研究

摘要

火箭炮在发射过程中，由于弹丸的速度和加速度均很大，加之其惯性作用，导致定向器束的激烈颤振，炮口指向发生变化，弹丸在飞出膛口时会偏离预定位置，从而使得该扰动成为影响射击密集度的一个关键因素。本文针对火箭炮发射装置发射扰动的基本特征，采用角速率作为发射扰动特性的表征，并建立了利用陀螺仪测量发射装置发射扰动的检测系统。 本论文的检测系统的核心在于FPGA处理系统，直接对信号的处理起着关键作用，论文中使用了SOPC技术对系统进行设计。本文研究的重点分为硬件设计和软件设计两部分。硬件部分包括了角速度传感器、预处理电路、FPGA核心电路以及外围电路部分。角速度信号在采集后的电压信号经预处理，由AD芯片进行处理，得到数字信号由FPGA进行存储处理，最终将处理结果通过串口传输到上位机上显示。 文中系统的软件部分设计主要基于SOPC技术展开，通过QuartusⅡ软件建立原理图文件作为项层文件，在SOPC Builder中对NiosⅡ软处理器进行配置，再添加对应的IP核以及外设完成SOPC系统硬件系统设计，并在NiosⅡ软件中进行数据的采集、转换、存储、传输等程序的编写。同时，RS232串口负责把采集到的角速度数据由SOPC系统的UART控制器上传到由LabVIEW构建的基于VISA的串口通信上位机界面，用TDMS格式存储角速度数据，并对数据进行了简单的频谱分析。最后，对系统进行了硬件和软件的系统调试，并对实验数据进行了测试和分析。 最后文中对系统的运行进行了说明，并对系统的运行结果进行了进一步分析。实验测试表明，系统的软硬件设计基本达到了预期目标，为后续扰动检测系统的研究奠定了基础，具有一定的使用价值。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景和意义

1．2国内外研究现状

1．3本文的技术路线

1．4本文的主要工作

第2章扰动检测系统方案设计

2．1火箭炮系统工作原理

2．1．1火箭炮系统基本框架

2．1．2火箭炮基本组成部分

2．1．3火箭炮的发射过程

2．1．4影响初始扰动的因素

2．2陀螺仪的选型与安装

2．2．1陀螺仪的工作原理

2．2．2陀螺仪的特性

2．2．3陀螺仪的选型

2．2．4陀螺仪的安装

2．3模拟标定系统

2．3．1系统供电情况

2．3．2系统数据传输

2．4扰动检测系统组成

2．4．1主要性能指标及要求

2．4．2系统总体设计

2．4．3系统各组成模块

第3章FPGA数据采集模块设计

3．1 FPGA模块设计

3．2电源模块

3．3信号调理电路设计

3．4．1 AD转换芯片

3．4．2 AD模块电路

3．5 SDRAM模块电路

3．6串口模块电路

3．7系统总的接线图设计

3．8印刷电路板的设计

第4章基于Nios Ⅱ的扰动检测系统软件设计

4．1扰动检测系统软件总体设计

4．1．1系统软件设计思想

4．1．2 Nios Ⅱ系统的设计流程

4．2 Nios Ⅱ系统搭建

4．2．1创建CPU

4．2．2建立SDRAM

4．2．3建立EPCS控制器

4．2．4串口(UART)的定制

4．2．5建立JTAG UART

4．2．6 PIO

4．2．7定制 PLL控制器

4．3系统软件设计

4．3．1 AD数据采集

4．3．2 SDRAM数据存储

4．3．3串口(UART)通讯

4．4系统调试及实验测试

4．4．1硬件调试

4．4．2软件仿真

4．4．3系统调试

第5章基于LabVIEW的数据处理和分析

5．1系统软件各功能模块设计

5．1．1上位机系统界面设计

5．1．2串口通讯模块

5．1．3波形显示模块

5．1．4文件的保存和回放

5．2信号分析处理

5．2．1时域分析

5．2．2频谱分析

5．3扰动信号采集试验

5．3．1系统模拟实验

5．3．2实验结果分析

第6章总结和展望

参考文献

致谢

附录