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三轴陀螺稳定跟踪平台关键技术研究

作　者: 谢堂开
导　师: 李晓峰
学　校: 电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 三轴稳定跟踪平台捷联式惯性导航小波实时降噪 DSP-FPGA
分类号: TN96
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

稳定跟踪平台由于其能隔离载体随机振荡和运动,所以在通信、制导、火控等方面得到了广泛的应用。捷联式惯性导航随着计算机的发展而越来越得到重视。本文通过联合此两项技术提出基于捷联式惯性导航的三轴稳定跟踪平台,其主要应用于舰载无线激光卫星通信系统,主要保证激光天线视轴的稳定以及完成系统的粗跟踪。本文主要基于空间坐标系理论对三轴稳定跟踪基本原理进行了研究和分析,同时也对捷联式惯性导航的姿态、位置、速度解算以及系统误差进行研究分析仿真,还对系统信号的实时降噪进行了研究,提出了基于非线性小波阈值的实时降噪,通过实时仿真得出了其良好的降噪效果以及对陀螺信号随机角漂移的抑制。在此基础上提出了以TMS320C6713为核心的嵌入式硬件平台进行信号降噪和惯性导航计算和空间坐标转换计算。首先,论文介绍了稳定跟踪平台国内外发展现状以及本文的研究背景。对三轴稳定跟踪基本原理进行了相关的研究。在此基础上对陀螺仪、加速度计等主要元器件进行了选取。其次,本文对小波变换理论进行了简要的介绍,对基于小波变换降噪三种主要方法进行了比较,选取了非线性小波阈值降噪方法对陀螺以及加速度计信号进行实时信号降噪,主要对理论算法进行实现以及实时仿真。再次,研究了捷联式惯性导航的基本原理,主要对捷联式惯性导航的姿态、位置以及速度解算,对几种姿态解算算法进行了研究分析,选取四元数法作为本系统的解算算法,利用其算法对系统误差进行了仿真。最后,本文研究了基于DSP-FPGA的嵌入式硬件平台,给出了硬件平台的基本框架,给出了DPS最小系统、ADC控制以及数据采集和A/D转换模块。给出了相应的外围电路和基本的电路,完成了测试板的测试和ADC控制器时序仿真。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 稳定跟踪平台研究的现状  11-14
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-14
  1.3 捷联式惯性导航技术的特点和发展  14-16
    1.3.1 捷联式惯性导航技术特点  14-15
    1.3.2 捷联式技术的发展  15-16
  1.4 三轴稳定跟踪平台关键技术分析  16
  1.5 本文的主要研究内容  16-17
第二章三轴稳定跟踪平台原理以及总体设计  17-30
  2.1 三轴稳定跟踪平台基本原理  17-25
    2.1.1 三轴稳定跟踪数学建模  17-21
    2.1.2 三轴稳定跟踪各参数确定方法  21
    2.1.3 三轴稳定跟踪平台信号实时小波变换基本原理  21-25
      2.1.3.1 连续小波变换  22-23
      2.1.3.2 离散小波变换  23-25
  2.2 三轴稳定跟踪平台总体方案  25-29
    2.2.1 三轴稳定跟踪平台总体结构  25-26
    2.2.2 三轴稳定跟踪转台的选取  26-27
    2.2.3 三轴稳定跟踪平台陀螺的选取  27-28
    2.2.4 三轴稳定跟踪平台加速度计的选取  28-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章稳定跟踪平台信号的实时小波降噪研究  30-41
  3.1 小波多分辨率以及小波快速算  30-33
    3.1.1 多分辨率分析  30-31
    3.1.2 Mallat快速小波算法  31-33
  3.2 基于小波变换的实时信号降噪方法  33-40
    3.2.1 小波降噪的方法介绍与比较  33-35
    3.2.2 实时小波降噪实现方法  35-36
    3.2.3 实时小波降噪算法实现分析  36-39
    3.2.4 实时陀螺信号的降噪仿真分析  39-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章捷联式惯性导航技术的研究  41-60
  4.1 捷联式惯性导航计算任务  41-42
  4.2 惯性导航中应用的常用坐标  42-43
    4.2.1 坐标系定义  42-43
    4.2.2 坐标系转换关系  43
  4.3 捷联式惯性导航姿态解算方法分析  43-50
    4.3.1 欧拉角法  44-45
    4.3.2 方向余弦法  45-46
    4.3.3 四元数法  46-49
    4.3.4 等效转动矢量法  49-50
    4.3.5 姿态更新算法的比较  50
  4.4 姿态角的提取  50-51
  4.5 导航位置计算  51-52
  4.6 误差分析及其仿真  52-59
    4.6.1 误差分析  52-54
    4.6.2 误差分析仿真  54-59
  4.7 本章小结  59-60
第五章面向三轴稳定跟踪平台的DSP嵌入式电路设计  60-73
  5.1 三轴稳定跟踪平台硬件电路的总体设计  60-62
  5.2 硬件电路器件选取  62-65
    5.2.1 DSPs芯片的选取  62-63
    5.2.2 A/D转换芯片的选取  63-65
    5.2.3 ADC控制器  65
  5.3 DSP外围电路设计  65-70
    5.3.1 DSP电源电路设计  66
    5.3.2 复位电路设计  66-67
    5.3.3 外部程序存储电路以及数据存储拓展电路  67-68
    5.3.4 时钟电路设计  68-69
    5.3.5 JTAG仿真电路  69
    5.3.6 AD7656外部电路设计  69-70
  5.4 硬件电路测试与仿真  70-72
  5.5 本章小结  72-73
第六章总结与展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
在校期间研究成果  78

三轴陀螺稳定跟踪平台关键技术研究

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