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组合式航向系统关键技术研究

作　者: 王璐
导　师: 赵忠
学　校: 西北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 数字磁罗盘陀螺仪罗差误差补偿卡尔曼滤波
分类号: V241.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 272次
引　用: 6次
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内容摘要

数字磁罗盘因其机构中没有可动部件，具有良好的抗冲击性，且结构简单、体积小、重量轻、启动快、成本低等优点，近年来受到人们的广泛重视。如何补偿外界干扰磁场造成的罗差是数字磁罗盘的主要研究内容。本文在对前人提出的罗差补偿算法研究的基础上，设计了一个由数字磁罗盘和陀螺仪组成的组合式航向系统。并在该系统上，实现了一种基于卡尔曼滤波算法的实时罗差补偿方法，完成了组合式航向系统的调试与实验。论文主要内容如下： 1、在对数字磁罗盘和陀螺仪航向测量原理研究的基础上，推导出航向角计算公式。 2、介绍了组合式航向系统的硬件设计。给出了硬件总体方案，详细介绍磁阻传感器的置位/复位脉冲电路、加速度计外围电路、陀螺接口电路以及TTL电平与RS-232电平间转换电路的设计。 3、分析了各传感器自身存在的误差，针对非正交、零位及标度因数等误差提出了相应的补偿方案；分析了罗差形成的原因；建立了罗差方程和组合式航向系统的卡尔曼滤波方程；在给出系统软件整体框架的基础上，编程实现了系统的数据采集、串口通信、航向计算以及卡尔曼滤波算法。实验结果表明：该组合式航向系统能够准确地在线估计出罗差系数，且通过罗差系数的实时补偿，系统的航向角误差均方差为0.8854度，与补偿前的3.0589度相比，精度提高了3倍多，因此该系统具有一定的实用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 研究现状及意义  8-9
  1.3 系统整体设计及本文研究内容  9-11
第二章航向测量原理  11-17
  2.1 坐标系及姿态角定义  11
  2.2 数字磁罗盘航向测量原理  11-15
  2.3 陀螺仪航向测量原理  15-16
  2.4 本章小结  16-17
第三章系统硬件设计  17-24
  3.1 磁阻传感器及其外围电路  17-19
  3.2 加速度计及其外围电路  19-20
  3.3 陀螺仪及其外围电路  20-21
  3.4 单片机及其外围电路  21-22
  3.5 串口电路模块  22-23
  3.6 本章小结  23-24
第四章系统软件设计  24-34
  4.1 单片机端软件设计  24-26
    4.1.1 开发环境  24-25
    4.1.2 数据采集  25-26
  4.2 PC机端软件设计  26-33
    4.2.1 串口通信模块  27-33
    4.2.2 航向计算  33
  4.3 本章小结  33-34
第五章器件级误差分析及标定  34-41
  5.1 磁阻传感器误差分析及标定  34-38
    5.1.1 非正交误差  34-36
    5.1.2 零位误差  36-37
    5.1.3 标度因数误差  37-38
  5.2 加速度计误差分析及标定  38-39
  5.3 陀螺仪误差分析及标定  39-40
  5.4 本章小结  40-41
第六章罗差分析及卡尔曼滤波器设计  41-52
  6.1 罗差  41-42
  6.2 卡尔曼滤波  42-46
    6.2.1 卡尔曼滤波理论的发展  43-44
    6.2.2 卡尔曼滤波方程的离散化处理  44-46
  6.3 卡尔曼滤波器的设计  46-51
    6.3.1 航向角误差方程  46
    6.3.2 系统方程  46-47
    6.3.3 量测方程  47
    6.3.4 卡尔曼滤波方程  47-49
    6.3.5 卡尔曼滤波的实现  49-51
  6.4 本章小结  51-52
第七章实验及结果分析  52-59
  7.1 最小二乘法实验  52-53
  7.2 组合式航向系统实验  53-57
  7.3 结果分析  57-59
总结  59-61
参考文献  61-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65-66
附录  66-69
  附录 A:系统整体原理图  66-67
  附录 B:HORIZON陀螺仪  67
  附录 C:数字磁罗盘  67-68
  附录 D:组合式航向系统  68-69

组合式航向系统关键技术研究

内容摘要

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