学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于矢量调制法的寻北仪研究

作　者: 李旭东
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: 寻北仪数字闭环光纤陀螺仪矢量调制相关滤波数字信号处理
分类号: TN965
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 126次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

惯性导航技术是一门综合性技术,用于对运动体的姿态和位置参数的确定,是实现运动体自主式控制和测量的最佳手段。而一个精确的定位基准是惯性导航系统的首要基础,寻北仪正是一种为惯性导航提供基准定位的仪器。陀螺仪是寻北仪中最重要的测量元件,陀螺仪的性能对寻北仪的精度具有决定性的作用。与传统的机械陀螺仪相比,光纤陀螺仪作为新一代的角速度传感器,由于具有全固态结构、可靠性高、启动速度快、动态范围宽等众多优势,非常适合用于研制小型化、多功能、高性能的寻北仪系统。而数字式闭环光纤陀螺仪与过去的模拟开环光纤陀螺仪相比,又在精度和抗干扰能力上有了进一步的提升,本试验中的寻北仪系统采用的即为FOG-2型数字闭环光纤陀螺仪。一套优良的信号处理方法对寻北仪性能的提高也是至关重要。基于矢量调制算法的寻北仪的算法主要分为两部分,一是地速信号的周期调制,二是采用相关滤波算法计算调制后的地速信号的初始相角,即北向角。采用这种方法实现的寻北仪的最大优点是地速信号和噪声容易分离,寻北速度快。决定基于矢量调制算法的寻北仪的精度主要是陀螺仪精度、陀螺仪动态范围、转台水平度和转速精度、定时采样的时间间隔精度、基准位置定位精度。基于以上考虑,本课题主要完成了以下工作:首先,考虑到Windows操作系统并不是一个实时操作系统,因而在实时性更高的DOS环境下,采用Turbo C为基于FOG-2B型数字光纤陀螺仪的寻北仪样机编写了一套采样和寻北计算程序。该样机能够在20秒内做到偏差在1.08度范围内寻北精度,并相应地提高了实验的复现性。其次,在全面分析了产生误差的各种因素并作了逆向的仿真论证后,采用更高精度转台(度\秒,360度平均)、微秒级工控机晶振定时和一种动态范围更宽、低频噪声小的新型单轴光纤陀螺仪改进了寻北仪样机,该样机的10秒寻北精度达到0.15度。最后,考虑到基于时域分析的地速信号调制对各个硬件部分的性能要求较高,提出了不受定时精度和转台转速精度约束的基于等角度间隔地速信号调制的寻北仪,仍然使用FOG-2B型陀螺仪作为地速传感器并对每个测量位置的输出经过两秒钟平滑处理后,288秒的寻北精度能够达到0.22度。进而初步论证了一种不依赖转台转速和采样时间精度的地速信号调制方法的可行性。如果陀螺仪性能足够好,在无需作平滑处理的情况下即可以分离出地速信号分量的话,可以考虑使用位置传感器(例如光电码盘)实现地速信号连续等角度间隔采样,在保证寻北快速性和信号对称性的同时可以放宽对转台转速精度的要求,并省去了定时采样这一环节,可行性更高。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-13
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-12
    1.1.1 陀螺仪寻北仪原理概述  10
    1.1.2 寻北仪主要性能指标  10-11
    1.1.3 寻北方案研究现状  11-12
  1.2 本文主要研究内容及安排  12-13
第2章矢量调制寻北仪算法研究  13-19
  2.1 寻北算法介绍  13-17
    2.1.1 方向余弦矩阵的推导  13-14
    2.1.2 陀螺仪信号调制原理  14-15
    2.1.3 相关滤波算法  15-17
  2.2 寻北结果修正  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第3章矢量调制寻北仪的样机实现  19-34
  3.1 光纤陀螺仪性能分析  19-22
    3.1.1 光纤陀螺仪的工作原理  19-20
    3.1.2 光纤陀螺仪信号的噪声  20-21
    3.1.3 FOG-2B型光纤陀螺仪性能分析  21-22
  3.2 算法离散化处理  22-23
  3.3 寻北仪地速信号调制系统  23-25
  3.4 计算机与地速信号调制系统间的通讯  25-31
    3.4.1 通讯机制  25-26
    3.4.2 通讯线路  26-29
    3.4.3 定时机制  29-31
  3.5 寻北样机试验  31-33
    3.5.1 算法流程  31
    3.5.2 实测数据分析  31-33
    3.5.3 初步试验结果  33
  3.6 本章小结  33-34
第4章寻北仪的性能分析  34-43
  4.1 信号调制  34-36
    4.1.1 调制频率的选择  34
    4.1.2 信号调制过程中引入的误差  34-36
  4.2 相关滤波  36-37
  4.3 误差分析的逆向仿真验证  37-39
  4.4 滤波与寻北仪性能  39-42
  4.5 本章小结  42-43
第5章矢量调制寻北仪性能提升  43-56
  5.1 硬件性能提高对寻北仪性能的提升  43-49
    5.1.1 硬件改善  43-44
    5.1.2 改进后的寻北仪性能  44-49
    5.1.3 硬件性能提高后的寻北性能  49
  5.2 基于等间隔测量的矢量调制寻北法  49-55
    5.2.1 算法分析  49-52
    5.2.2 仿真论证  52-53
    5.2.3 实验论证  53-55
  5.3 本章小节  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

基于矢量调制法的寻北仪研究

内容摘要

全文目录

相似论文