重力仪数据采集与在线处理系统的设计与实现

论文摘要

目前,水下航行器主要采用以惯性导航为核心的导航系统进行导航。但是惯性导航系统的定位误差随时间累积,因此必须予以校正或重调。常规方法是接收GPS或其它有源无线电导航信号实现,由于这种方法需要水下航行器浮出或近水面航行,使其隐蔽性大大降低。因此,不需要发射和接收外界人工有源信号的重力辅助无源定位技术逐渐引起关注。本论文以俄罗斯生产的CHEKAN-AM型海洋重力仪为背景,研究该重力仪传感器的结构及工作原理;分析重力传感器信号采集及数据处理软件的工作过程和相关算法,结合重力辅助导航对重力测量的要求,设计辅助导航用重力仪数据采集及在线处理系统。CHEKAN-AM型海洋重力仪采用轴对称型双石英弹性摆作为传感器测量重力异常,它不受水平加速度的影响,从根本上消除了由于垂直加速和水平加速度引起的交叉耦合效应误差,可在较恶劣的海况下工作。系统采用线性CCD元件接收CHEKAN-AM型海洋重力传感器的角位移信号,通过模数转换、信号预处理后送入数据处理模块进行数据后处理。数据处理模块以数字信号处理器为核心,实现了重力值计算、数字滤波、零点漂移校正、Eotvos改正及空间改正等数据处理过程。并能够与导航系统实时通信,为导航系统提供改正后的实时重力测量数据。通过实验室模拟试验,验证了CCD信号处理电路可以实现传感器角位移信号的检测,通过利用重力仪运行时截取的数据对数据处理模块进行了比对测试,验证了系统数据处理模块相关算法的工作功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外相关技术发展现状
• 1.3 论文的主要内容及章节安排
• 第2章 CHEKAN-AM海洋重力仪研究
• 2.1 CHEKAN-AM海洋重力仪组成
• 2.2 传感器工作原理
• 2.3 传感器信号采集电路
• 2.4 串口通信协议
• 2.5 数据处理软件
• 2.6 海洋重力数据处理方法研究
• 2.6.1 垂直加速度影响的消除
• 2.6.2 零点漂移校正
• 2.6.3 Eotvos效应改正
• 2.6.4 空间改正
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计与实现
• 3.1 系统设计总体方案
• 3.2 CCD及数字信号处理器的选择
• 3.2.1 CCD光电转换器选择
• 3.2.2 数字信号处理器的选择
• 3.3 信号采集电路设计
• 3.3.1 CCD光电转换电路设计
• 3.3.2 模数转换电路设计
• 3.3.3 CPLD驱动及时序控制电路设计
• 3.4 数据处理电路设计
• 3.4.1 FIFO数据缓存电路设计
• 3.4.2 DSP数据处理电路设计
• 3.5 电源电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的软件设计与实现
• 4.1 CPLD软件设计与实现
• 4.1.1 CCD驱动模块设计
• 4.1.2 AD驱动模块设计
• 4.1.3 时序控制模块设计
• 4.1.4 光斑位置计算模块设计
• 4.1.5 CPLD与FIFO的通信接口设计
• 4.2 DSP软件设计与实现
• 4.2.1 CCS软件开发环境
• 4.2.2 DSP与FIFO的通信接口设计
• 4.2.3 与导航计算机的交互
• 4.2.4 重力计算与改正算法的实现
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 信号采集电路性能测试
• 5.1.1 CCD光电转换器光积分实验
• 5.1.2 光斑位置对比实验
• 5.2 数据处理模块算法测试
• 5.2.1 总体测试方案
• 5.2.2 CHEKAN-AM重力仪实测
• 5.2.3 数据处理模块算法测试
• 5.2.4 测试结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A 重力仪数据采集与在线处理系统电路原理图
• 附录B 重力仪数据采集与在线处理系统电路板