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基于磁阻与加速度传感器的弹体姿态测量系统研究

作　者: 杨永鑫
导　师: 管雪元
学　校: 南京理工大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 弹体姿态测量磁阻传感器加速度计 DSP 误差补偿
分类号: TJ765
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 236次
引　用: 2次
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内容摘要

弹体姿态测量系统的设计是实现弹体组合导航的重要内容。随着导航技术的发展,测量系统越来越表现出小型化、高性能化的特点,此次所设计的三维弹体姿态测量系统就是在这种背景下研发出来的。论文简要介绍了目前国内外对于弹体姿态测量的研究状况,叙述了系统的工作原理、系统的坐标系与姿态角基本方程建立等几大问题,并设计了姿态角测量硬件电路板,经软件调试组成了最终的系统,室内静态试验证明该系统具有较高精度。论文按照开发的三维弹体姿态测量系统来展开叙述,详细介绍了系统的整体设计方案、硬件电路设计和驱动程序设计。本系统主要由磁阻传感器、加速度计和微处理器等部分构成,采用三轴微机电(MEMS)器件作为姿态信号测量元件,高性能浮点型DSP芯片作为核心算法的解算单元,扩展了姿态测量系统的设计思路。详细分析了系统中各模块(包括传感器模块、信号调理模块、A／D转换、DSP及其外围接口电路)的工作原理,各类元器件的型号参数特性,采用CCS集成开发环境编写了DSP的底层驱动,利用DSP技术实现了姿态角的实时解算,可以测量弹体的偏航角、俯仰角和横滚角,并以数字形式输出。本设计同时也对各种可能存在的磁阻传感器误差和外界环境磁场的干扰进行了分析,并提出相应的补偿方法,以提高系统测量精度。通过分析磁航向误差产生的原因,采用了椭圆假设补偿法对系统相关误差进行了补偿,得到了姿态角测量结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 研究的背景和意义  7-10
    1.1.1 课题研究的国内外背景  7-9
    1.1.2 课题研究的意义  9-10
  1.2 论文主要内容及安排  10-13
2 弹体姿态测量系统基本理论及工作原理  13-19
  2.1 系统理论基础及数学模型建立  13-15
    2.1.1 地球形状  13
    2.1.2 模型建立的前提条件  13-14
    2.1.3 坐标系的定义  14-15
  2.2 姿态角与姿态矩阵  15-17
  2.3 弹体姿态测量原理  17-19
3 姿态测量系统硬件设计  19-35
  3.1 系统总体设计方案  19
  3.2 系统硬件电路设计  19-33
    3.2.1 磁阻传感器的选型  20-21
    3.2.2 加速度计的选型  21-23
    3.2.3 数据调理模块  23-24
    3.2.4 A/D转换模块  24-26
    3.2.5 FPGA逻辑控制模块  26-28
    3.2.6 微处理器的选型  28-30
    3.2.7 DSP外围接口设计  30-31
    3.2.8 串行口通信模块  31-32
    3.2.9 电源电路设计与滤波  32-33
  3.3 PCB设计  33-35
4 姿态测量系统软件设计  35-49
  4.1 DSP系统初始化程序设计  35-39
  4.2 ISE环境下FPGA的接口程序设计  39-45
    4.2.1 SPI接口程序设计与仿真  39-43
    4.2.2 FPGA仿真激励程序设计  43-45
  4.3 串口通信程序设计  45-46
  4.4 FLASH存储模块  46-49
5 系统误差分析与补偿方法  49-57
  5.1 误差来源  49
  5.2 磁阻传感器误差补偿  49-52
    5.2.1 交叉轴误差补偿  49-51
    5.2.2 灵敏度误差的补偿  51-52
    5.2.3 零位误差的补偿  52
  5.3 环境磁场的干扰补偿方法  52-54
    5.3.1 最小二乘误差补偿法  53
    5.3.2 椭圆假设补偿法  53-54
  5.4 试验结果与分析  54-57
    5.4.1 试验方法的选取  54-55
    5.4.2 椭圆假设补偿法软件标定  55-57
6 总结与展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录  64-65

基于磁阻与加速度传感器的弹体姿态测量系统研究

内容摘要

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