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捷联导引头视线角速率估计方法研究
作 者: 曹卫卫
导 师: 刘晓利
学 校: 南京理工大学
专 业: 导航、制导与控制
关键词: 捷联导引头 Kalman滤波 FPGA 角速率估计
分类号: TJ765.331
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
视线角速率是制导控制中的重要参数之一,对其的准确估计关系到系统的整体性能。捷联导引头只能测得弹体视线角信号,无法直接测定惯性坐标系下的视线角速率,因此需要对含有噪声的体视线角测量信息进行求导,然后与速率陀螺数据相加获得目标视线角速率。在多数情况下,可以采用差分方法来近似估计信号的导数,但是由于噪声几乎存在于所有信号中,所以通过这种方法不能正确估计信号的导数。通过建立合适的对象模型,Kalman滤波算法可以抑制噪声,同时求取信号的导数。本文构建了一个基于FPGA实现Kalman算法的软硬件系统,用于实现对弹体视线角的求导,进而实现对目标视线角速率的正确估计。软件部分采用模块化设计,将系统划分为A/D控制、Kalman滤波算法和D/A控制三个主要模块。滤波算法部分也分解为几个功能模块,采用分时复用方法,最大限度地降低算法复杂度。运算部分采用浮点算法,保证了运算精度。通过对子模块及整个系统的仿真验证,该方法对于目标跟踪及导数估计都有较好的结果,满足设计要求。硬件系统包括FPGA最小系统及AD、DA电路,并对硬件电路进行了测试及软件下载调试。本文的研究对FPGA在目标视线角速率估计中的应用进行了探索,具有很好的应用前景。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-5 目录 5-8 1 绪论 8-13 1.1 国内外研究现状 8-10 1.1.1 捷联导引头论述 8-9 1.1.2 滤波算法概述 9-10 1.2 课题研究的背景及意义 10-11 1.3 本文主要研究内容 11-12 1.3.1 算法研究及Matlab仿真 11-12 1.3.2 软件设计 12 1.3.3 硬件系统设计 12 1.3.4 下载调试及实验验证 12 1.4 论文构成 12-13 2 Kalman滤波算法研究 13-22 2.1 随机线性离散系统的数学模型 13-14 2.2 Kalman滤波算法 14-16 2.3 目标机动模型 16-18 2.3.1 常速度模型 16-17 2.3.2 常加速度模型 17-18 2.4 Matlab仿真验证 18-21 2.5 本章小结 21-22 3 Kalman滤波软件设计 22-48 3.1 FPGA设计技术 22-25 3.1.1 FPGA设计流程 22-24 3.1.2 Verilog硬件描述语言 24 3.1.3 QuartusⅡ开发软件 24-25 3.2 A/D控制模块 25-28 3.2.1 AD芯片工作原理 25-26 3.2.2 A/D控制模块 26-28 3.3 Kalman滤波算法模块 28-38 3.3.1 底层浮点运算模块 29-30 3.3.2 p_forcast模块 30-32 3.3.3 k_pridict模块 32-33 3.3.4 p_pridict模块 33-34 3.3.5 state_forcast模块 34-35 3.3.6 state_pridict模块 35-37 3.3.7 FIFO模块 37 3.3.8 state_transfer模块 37-38 3.4 D/A控制模块 38-41 3.4.1 DA芯片工作原理 38-40 3.4.2 D/A控制模块 40-41 3.5 模块仿真验证 41-47 3.5.1 A/D控制模块仿真验证 42-43 3.5.2 p_forcast模块仿真验证 43-44 3.5.3 模块通信仿真验证 44-45 3.5.4 Kalman滤波算法仿真验证 45-46 3.5.5 D/A控制模块仿真验证 46-47 3.6 本章小结 47-48 4 硬件系统设计 48-57 4.1 系统硬件方案总体设计 48 4.2 FPGA最小系统 48-55 4.2.1 FPGA芯片介绍 48-50 4.2.2 电源电路设计 50-51 4.2.3 时钟电路设计 51 4.2.4 复位电路设计 51 4.2.5 存储电路设计 51-52 4.2.6 下载配置电路设计 52-55 4.3 外围电路 55-56 4.4 本章小结 56-57 5 系统调试分析 57-60 5.1 硬件检测 57-58 5.2 下载及实验 58-59 5.3 本章小结 59-60 6 总结与展望 60-61 6.1 总结 60 6.2 展望 60-61 致谢 61-62 参考文献 62-64
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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 火箭、导弹 > 导弹 > 制导与控制 > 制导 > 自动导引 > 导引头
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