基于SOPC的磁阻电子罗盘的设计实现及其误差补偿

论文摘要

电子罗盘作为一种姿态和方位检测系统已经被广泛的应用于各个领域,比如车辆导航、舰船导航、无人机导航以及手机定位系统等多个方面。本文从地磁导航的原理出发,研制了基于SOPC技术的磁阻电子罗盘。本文在充分了解磁航向系统的发展历程以及电子罗盘在国内外的发展方向的基础上,分析了地磁测量方位的原理,并基于这些研究设计了一套由三轴磁传感器和两轴加速度计组成的电子罗盘系统。通过研究电子罗盘的测量原理,本文给出目前主要的几种测量方法,并在分析这些方法的利弊的基础上选择了磁阻式的地磁测量法。根据系统的设计指标,采用Honeywell公司的磁阻传感器HMC1021和HMC1022,以及AD公司的两轴加速度传感器ADXL210,并基于传感器输出信号的特点,设计了电子罗盘系统的硬件电路并编写了相关的软件程序。通过分析电子罗盘系统的误差源,本文给出了两种主要的误差补偿方法:最小二乘法和椭圆补偿法,并对这两种方法进行详细分析。最后,通过在本文所设计的电子罗盘样机上的试验分析,选择了常规椭圆误差补偿法,并基于这种误差补偿法对电子罗盘进行了性能测试。经过多次验证,本文所设计的电子罗盘系统基本满足设计指标。为了便于对电子罗盘系统进行调试,本文设计了一套基于Visual C++ 6.0的电子罗盘上位机调试工具。该软件工具可以实时接收系统数据,动态地向用户显示载体导航参数并实时绘制曲线,同时通过三维OpenGL技术设计三维载体以形象反映载体的姿态和方位的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电子罗盘发展现状及趋势
• 1.3 电子罗盘误差补偿关键技术
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 电子罗盘系统测量原理
• 2.1 电子罗盘系统测量方法
• 2.1.1 磁通门式电子罗盘
• 2.1.2 霍尔效应式电子罗盘
• 2.1.3 磁阻式电子罗盘
• 2.2 磁阻电子罗盘系统测量原理
• 2.2.1 地球磁场
• 2.2.2 测量原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 电子罗盘系统设计
• 3.1 电子罗盘系统整体方案
• 3.2 磁阻传感器置位/复位电路
• 3.3 信号调理电路设计
• 3.3.1 运算放大器选取
• 3.3.2 仪表放大器AD8221
• 3.3.3 信号调理电路
• 3.4 数据采集电路设计
• 3.4.1 模数转换器AD7656
• 3.4.2 AD7656 硬件及时序
• 3.5 倾角测量单元设计
• 3.6 主控制器单元设计
• 3.6.1 主控制单元概况
• 3.6.2 NiosⅡ软核结构设计
• 3.6.3 FPGA 外围电路的设计
• 3.7 系统的软件设计
• 3.7.1 系统初始化子程序
• 3.7.2 数据采集及其处理子程序
• 3.7.3 磁阻传感器置位/复位子程序
• 3.8 本章小结
• 第4章 电子罗盘的误差分析及其补偿
• 4.1 电子罗盘系统误差源分析
• 4.2 电子罗盘系统误差补偿算法研究
• 4.2.1 电子罗盘数据预处理
• 4.2.2 水平状态下罗盘两轴输出模型
• 4.2.3 最小二乘法补偿
• 4.2.4 椭圆法补偿
• 4.3 本章小结
• 第5章 电子罗盘样机实验
• 5.1 电子罗盘上位机调试工具
• 5.1.1 软件调试工具结构
• 5.1.2 软件调试工具工作流程
• 5.2 电子罗盘样机试验
• 5.2.1 姿态角实验分析
• 5.2.2 航向角实验分析
• 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