基于矢量调制法的寻北仪研究

论文摘要

导航、定位是确定运动体的姿态和位置等参数,一个精确的测量基准是实现准确定位的首要基础。寻北仪可以提供方位基准,在导航领域起着重要的作用。陀螺寻北仪是一种基于捷联式惯性工作原理的高精度自主式定向仪表,它通过测量地球自转角速度在载体坐标轴向的分量,经过结算得到参考轴向与真北方向的夹角。快速陀螺寻北仪是导航定位领域研究的热点,常用的快速陀螺寻北仪有二位置法和多位置法寻北仪,从理论上讲,无法用低精度陀螺实现二位置法和多位置法的寻北测量,基于这个缺点,本文提出了基于矢量调制的寻北仪算法,这种算法的优点是无需知道地理纬度,寻北速度快,精度高。本课题主要完成了以下工作:首先,介绍了矢量调制法的寻北原理以及相关滤波算法,并进行了大量的仿真计算,验证了该算法的可行性。其次,介绍了矢量调制法的样机实现,由于矢量调制法对定时精度要求很高,采用了定时中断方式读取陀螺信号,使定时精度更高。最后,由于地球自转的北向分量很小,有用的地速信号完全被噪声所淹没,虽然相关滤波算法对滤除异频噪声起到很好的效果,但是对于调制频率附近的信号不能滤掉,考虑到小波分析的时频多分辨率特性,本文研究了将小波滤波应用到数据处理当中,验证表明,小波滤波能够提高寻北精度。结果表明,基于矢量调制算法的寻北仪寻北速度快,寻北精度高,具有很大的发展前途。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 寻北仪概述
• 1.1.2 寻北仪研究现状
• 1.2 本文主要研究内容及其安排
• 第2章 基于矢量调制法的寻北方案
• 2.1 前言
• 2.2 调制及其解调
• 2.3 调制解调法在寻北方案中的应用
• 2.3.1 矢量调制法原理
• 2.3.2 方向余弦矩阵的推导
• 2.3.3 陀螺仪信号调制原理
• 2.3.4 相关滤波算法
• 2.3.5 寻北结果修正
• 2.4 相关滤波算法的可行性研究
• 2.4.1 matlab 下仿真信号的选取
• 2.4.2 原理的仿真结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 矢量调制寻北仪样机的实现
• 3.1 寻北仪地速信号调制系统
• 3.2 计算机与地速信号调制系统间的通讯
• 3.2.1 通讯机制
• 3.2.2 通讯线路
• 3.2.3 定时器8254 简介
• 3.3 算法流程
• 3.4 矢量调制寻北仪的性能分析
• 3.4.1 光纤陀螺噪声分析
• 3.4.2 信号调制过程中引入的误差
• 3.4.3 实测数据分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 小波理论简介
• 4.1 小波的数学理论
• 4.1.1 连续小波变换的时频分析特性
• 4.1.2 离散小波变换
• 4.1.3 多分辨分析
• 4.1.4 Mallat 算法
• 4.2 小波阈值滤波
• 4.2.1 基本理论和硬阈值滤波
• 4.2.2 软阈值滤波
• 4.3 小波滤波有效性研究
• 4.3.1 噪声信号的特性分析及去噪原理
• 4.3.2 降噪准则
• 4.3.3 相关参数的选择
• 4.3.4 小波去噪的有效性
• 4.4 本章小结
• 第5章 小波滤波在矢量调制寻北仪中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 Matlab 默认条件下的消噪结果分析
• 5.3 基于mallat 快速算法的阈值滤波
• 5.3.1 选定小波基下小波分解系数分析
• 5.3.2 硬阈值滤波后的重构信号分析
• 5.4 十周寻北结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢