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基于矢量调制法的寻北仪实验研究

作　者: 韩广亮
导　师: 邓正隆
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 寻北仪光纤陀螺仪矢量调制相关滤波小波
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在军事和民用定向中,寻北仪的应用日渐广泛。它能在静态情况下全天候、全方位、快速、实时地测定北向,从而确定载体方位角,即载体的某一参考轴与真北方向的夹角,以作为观测、目标瞄准以及导航系统重调时的方位基准,也可作为隧道和矿山等地下作业的方位基准。在军事领域应用中,尤其要求寻北仪在短时间内实现快速精确定向。快速陀螺寻北仪在军事领域应用中占有相当重要地位,目前比较常用的快速陀螺寻北仪有二位置寻北法和多位置法寻北仪,二位置寻北法无法消除陀螺随机漂移,多位置寻北法虽然可以很好抑制陀螺随机漂移所引起的寻北误差,但由于需要多次转动,会引起额外的误差,基于上述缺点,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。本课题主要完成以下工作:首先,详细介绍了矢量调制寻北法的基本原理。其中包括调制的基本原理及过程,如何将矢量调制应用到陀螺寻北仪中去,以及如何对已调制的陀螺输出信号运用相关滤波进行解调。其次,介绍了矢量调制寻北仪实验系统的实现过程。主要包括硬件和软件两个方面,硬件主要由单片机控制系统、光纤陀螺仪、实验平台、远程计算机组成,软件主要为虚拟仪器Labview和DOS环境下应用的C语言。最后,讨论如何提升寻北性能。根据本次实验测得数据的处理和分析,讨论如何从硬件改进和软件滤两个方面实现提高寻北精度。硬件方面主要通过使光纤陀螺和计算机直接相连来减小误差;软件方面考虑选用适当小波基对信号进行消噪处理。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-13
    1.1.1 寻北仪概述  9-10
    1.1.2 光纤陀螺寻北仪的基本原理  10-11
    1.1.3 寻北仪发展历史  11-13
  1.2 本文主要研究内容及安排  13-14
第2章基于矢量调制的寻北方案  14-20
  2.1 调制的基本概念  14-15
  2.2 调幅的基本过程  15-17
  2.3 寻北过程中的矢量调制  17-19
    2.3.1 矢量调制的应用  17-18
    2.3.2 光纤陀螺输出信号的调制过程  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章相关分析在寻北中的应用  20-30
  3.1 相关系数  20-22
  3.2 自相关函数  22-24
  3.3 互相关函数  24-26
  3.4 相关滤波在本次实验中的应用  26-28
  3.5 算法离散化处理  28
  3.6 寻北结果修正  28-29
  3.7 本章小结  29-30
第4章寻北仪的样机实现  30-47
  4.1 光纤陀螺的选择  31-36
    4.1.1 光纤陀螺仪的工作原理  31-32
    4.1.2 光纤陀螺仪信号的噪声  32-33
    4.1.3 FOG-28简介  33-36
  4.2 实验平台的组成  36-39
    4.2.1 电机系统的选择  36-37
    4.2.2 控制系统的硬件设计  37-39
  4.3 系统的软件实现  39-45
    4.3.1 虚拟仪器技术  39-40
    4.3.2 虚拟仪器串口总线的应用  40-42
    4.3.3 基于虚拟仪器的用户界面搭建  42-44
    4.3.4 陀螺数据采集  44-45
  4.4 实验系统流程  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第5章寻北仪性能分析  47-64
  5.1 实验结果分析  47-49
    5.1.1 实验数据  47-48
    5.1.2 数据分析  48-49
  5.2 寻北性能提升  49-63
    5.2.1 误差分析  49-51
    5.2.2 系统硬件改进  51-54
    5.2.3 小波滤波  54-63
  5.3 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

基于矢量调制法的寻北仪实验研究

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