组合航向系统的开发与研究

论文摘要

航向信息是载体运行中一个非常重要的参数。随着其应用领域的拓宽和科学技术的发展,对航向信息的精度和可靠性的要求也越来越高。磁航向系统是一种利用地磁场来测量载体航向信息的系统,具有体积小、精度高、工作性能稳定的特点,但却有易受外界磁场干扰的固有缺陷。而惯性器件角速度陀螺恰恰具有不受环境磁场影响的特性。基于此,本文研究的组合航向系统,就采用单片机作为控制器,以磁罗盘作为航向测量的主传感器,以角速度陀螺作为辅传感器,将两种传感器组合起来,共同测量载体的航向信息。本文完成了组合航向系统原理样机实验板的研制工作,内容包括系统硬件部分的设计、制作、调试和软件部分程序的编写。该系统以单片机作为控制核心,利用差分磁罗盘和角速度陀螺来采集载体航向数据,将这些数据进行相应的处理后,再以UART的串口通信方式传输给外设接口。实验证明该组合航向系统具有体积小、重量轻、工作性能可靠的特点,并有效地提高了航向测量的精度,可以应用于直升机、地面车辆系统等航向测量领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 捷联式磁航向系统
• 1.3 组合航向系统
• 1.4 课题研究目的和意义
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 组合航向系统的传感器
• 2.1 数字磁罗盘：HMR3300
• 2.1.1 磁阻传感器
• 2.1.2 数字磁罗盘HMR3300
• 2.2 角速度陀螺：CRS03
• 2.3 本章小结
• 第三章 传感器的误差分析与补偿
• 3.1 磁罗盘的误差分析与补偿
• 3.1.1 误差分类
• 3.1.2 误差分析
• 3.1.3 误差补偿
• 3.1.4 实验结果分析
• 3.2 角速度陀螺的误差分析与补偿
• 3.2.1 误差分析
• 3.2.2 误差补偿
• 3.3 本章小结
• 第四章 组合航向系统的硬件设计
• 4.1 主要器件选择方案
• 4.1.1 传感器的选择
• 4.1.2 微处理器的选择
• 4.1.3 外围器件的选择
• 4.2 主要硬件电路的设计
• 4.2.1 数字磁罗盘板的设计
• 4.2.2 角速度陀螺的安装
• 4.2.3 微处理器的应用
• 4.2.4 数据采集电路的设计
• 4.2.5 串行通信电路的设计
• 4.2.6 电源模块的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 组合航向系统的软件设计
• 5.1 软件总体框架
• 5.2 软件开发语言
• 5.3 软件编程环境
• 5.3.1 IDE 环境简介
• 5.3.2 软件编写与调试
• 5.4 主要软件程序的模块设计
• 5.4.1 初始化模块
• 5.4.2 SPI 串口通信模块
• 5.4.3 UART 通信模块
• 5.4.4 陀螺温度采集模块
• 5.4.5 数据压缩模块
• 5.4.6 陀螺角度积分模块
• 5.5 本章小结
• 第六章 组合航向系统的调试与结果分析
• 6.1 硬件电路调试
• 6.1.1 复位电路的调试
• 6.1.2 运算放大器的调试
• 6.1.3 硬件电路的测试端口问题
• 6.2 软硬件联调
• 6.2.1 数字磁罗盘的数据采集的调试
• 6.2.2 SPI 通信的调试
• 6.3 实验结果分析
• 6.3.1 实验装置
• 6.3.2 实验过程和方法
• 6.3.3 动态干扰磁场的识别方法
• 6.3.4 实验现象和结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 论文总结
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 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攻读
• 附录