全自动陀螺经纬仪自动寻北系统设计研究

论文摘要

陀螺经纬仪是一种能够测定真北方位的自主定向仪器,它在国民经济和国防建设中发挥着重要作用。国内的陀螺经纬仪大多需要人工操作才能完成寻北测量,不仅寻北速度较慢而且寻北精度也因操作人员素质差异而不同。目前,西方发达国家已经研制出了全自动、高精度的陀螺经纬仪,为了自主研制我国的全自动陀螺经纬仪,以JT-15型上架式陀螺经纬仪为基础,设计了自动寻北系统,最终实现了陀螺经纬仪的全自动化。课题所设计的自动粗寻北系统能将处于水平面内任意方位的陀螺经纬仪旋转到粗北方位,其精度控制在±30"以内,时间控制在1分钟以内。粗寻北完成后需下放陀螺灵敏部进行精寻北,精寻北完成后需上托陀螺灵敏部再停机,以步进电机为核心的自动升降机构取代了传统的手动完成陀螺灵敏部的上托和下放。为了提高对陀螺灵敏部自动升降机构以及自动粗寻北系统中旋转平台的控制精度,采用TA8435H芯片设计了8细分的步进电机驱动电路,该驱动电路结构简单、工作可靠,并使系统电路实现了小型化。自动读数系统采用CCD器件将光标的光强信号转化为电压信号输出后被单片机采集,再经A/D转换后由软件实现求光标中心的计算,计算出来的光标中心值将被发送到上位机进行更复杂的寻北计算;同时,单片机也接收来自上位机的控制指令。因USB2.0接口具有即插即用、高速数据传输等优点,课题选用CY7C68013A芯片设计了USB2.0接口用于单片机与上位机间通信。实验结果表明,全自动陀螺经纬仪能在上电后不需人工干预就能完成整个寻北过程,直至得出寻北结果;仪器寻北精度为20",寻北时间可控制在12分钟以内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 陀螺仪发展历程
• 1.1.2 新型陀螺仪简介
• 1.2 陀螺经纬仪国内、外发展现状
• 1.2.1 国外陀螺经纬仪发展现状
• 1.2.2 国内陀螺经纬仪发展现状
• 1.3 课题研究的主要内容及意义
• 第二章 陀螺经纬仪寻北理论及其全自动化设计
• 2.1 陀螺仪
• 2.1.1 陀螺特性
• 2.1.2 陀螺仪结构及其工作原理
• 2.2 陀螺经纬仪及其全自动化设计
• 2.3 自动寻北系统设计
• 第三章 自动粗寻北系统设计
• 3.1 单片机系统设计
• 3.1.1 电源电路设计
• 3.1.2 时钟电路设计
• 3.1.3 复位电路设计
• 3.1.4 按键电路设计
• 3.2 电子罗盘数据采集系统设计
• 3.3 自动旋转平台设计
• 3.4 步进电机驱动设计
• 3.5 自动粗寻北系统软件设计
• 第四章 自动精寻北系统设计
• 4.1 自动升降机构设计
• 4.2 数据采集与处理系统设计
• 4.2.1 CCD 光电转换模块
• 4.2.2 A/D 转换模块
• 4.2.3 光标中心的求取
• 4.3 USB 通信接口设计
• 4.3.1 USB2.0 的主要特点
• 4.3.2 EZ-USB FX2 总线控制器
• 4.3.3 USB 通信接口电路设计
• 4.3.4 数据读写时序
• 4.3.5 固件程序开发
• 第五章 实验及数据处理
• 5.1 陀螺经纬仪寻北算法
• 5.2 自动粗寻北系统实验
• 5.3 自动升降机构实验
• 5.4 光标信号采集系统实验
• 5.5 全自动陀螺经纬仪寻北实验
• 第六章 展望与总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢