基于浮点DSP的微小型导航系统设计与工程实现研究

论文摘要

导航系统的微小型化和高性能化是现代导航技术发展的趋势之一。论文对微小型捷联惯性导航系统实现方案进行了深入研究,研制了基于浮点DSP的微小型导航计算机平台,研究了陀螺辅助快速初始对准算法和高性能圆锥补偿算法,搭建了半物理仿真平台,并对研制的微小型导航系统进行了仿真测试。针对微小型导航系统对导航计算机处理能力、体积、功耗、适用性等方面的要求,论文研究了一种基于浮点型DSP的高性能微小型导航计算机系统。该系统以浮点型DSP TMS320C6713为处理器,以CPLD逻辑控制扩展外围接口电路,实现高效实时数据采集、捷联惯性导航解算和组合导航滤波等功能。为了缩短微小型导航系统初始对准时间,论文研究了基于东向陀螺量测信息辅助的快速初始对准算法,推导了算法误差模型,并进行了数字仿真,结果表明该方法在不增加其他设备的基础上可有效缩短对准时间,实现捷联惯导系统静基座下快速自对准。捷联惯导系统一般采用旋转矢量姿态算法来消除圆锥误差的影响,从而提高姿态解算精度。论文针对微小型导航系统工程实现需要,提出了根据陀螺精度等级和圆锥运动剧烈程度确定多子样圆锥算法最优子样数的方法,并通过仿真对比研究,给出了多种典型环境下确定的最优子样数。在理论分析与仿真验证的基础上,论文搭建了微小型导航系统半物理仿真平台,采用实测IMU数据对系统进行了半物理仿真研究,验证了系统软、硬件性能。论文设计的基于双精度浮点型DSP的微小型捷联惯导系统具有精度高、接口丰富、体积小和功耗低等特点,可适用于需求微小型导航系统的各种环境中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 微小型导航系统国内外发展现状
• 1.3 课题研究的目的、意义
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 微小型导航系统方案研究
• 2.1 引言
• 2.2 微小型导航系统总体方案研究
• 2.2.1 系统性能需求分析
• 2.2.2 系统总体方案设计
• 2.3 导航计算机平台方案研究
• 2.3.1 导航计算机硬件构成方案设计
• 2.3.2 导航计算机底层驱动软件方案设计
• 2.4 导航软件方案设计
• 2.4.1 初始对准软件方案设计
• 2.4.2 捷联惯导姿态解算方案设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 微小型导航系统计算机平台设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 微小型导航计算机硬件电路设计
• 3.2.1 DSP 最小系统设计
• 3.2.2 逻辑处理模块设计
• 3.2.3 模拟接口模块设计
• 3.2.4 数字接口模块设计
• 3.2.5 电源模块设计
• 3.3 微小型导航计算机底层驱动软件研究
• 3.3.1 系统初始化模块软件设计
• 3.3.2 定时器模块软件设计
• 3.3.3 RS-232/422 模块软件设计
• 3.3.4 ARINC429 模块软件设计
• 3.3.5 A/D 采样模块软件设计
• 3.3.6 存储模块软件设计
• 3.4 DSP 启动加载设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 微小型导航系统软件研究
• 4.1 引言
• 4.2 捷联惯导初始对准软件研究
• 4.2.1 捷联惯导初始对准算法研究
• 4.2.2 陀螺量测信息辅助快速初始对准研究
• 4.3 捷联惯导姿态算法研究
• 4.3.1 捷联姿态解算圆锥算法
• 4.3.2 圆锥算法工程实现研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 微小型导航系统测试
• 5.1 引言
• 5.2 微小型导航系统测试方案
• 5.2.1 测试系统硬件组成方案
• 5.2.2 微小型导航系统软件工作流程
• 5.2.3 实测IMU 数据分析
• 5.3 微小型导航系统测试结果
• 5.3.1 初始对准结果及分析
• 5.3.2 捷联解算结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 论文所做的主要工作
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录A 基于浮点DSP 微小型导航计算机原理图
• 附录B 基于浮点DSP 微小型导航计算机实物图