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基于ACARS的飞行姿态再现传感技术研究

作　者: 金娜
导　师: 曹力
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 飞行仿真转台姿态传感器加速度计磁阻传感器角速度陀螺微处理器 Kalman滤波
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

利用地空数据链的飞行数据,飞行姿态仿真转台可以实时再现飞行器的姿态,为事故分析、日常维护、飞行质量监控等方面提供直观的分析手段。为了提高转台再现飞行姿态的精度,需要对飞行仿真转台实施反馈控制。姿态传感器可以把转台的姿态信息反馈给控制器,为闭环控制提供实时控制信息。本文利用加速度计、角速度陀螺和磁阻传感器,设计一个用于测量仿真转台姿态信息的传感系统,为反馈控制提供必要的条件。姿态传感器用于测量载体的航向和姿态信息。航向和姿态是载体运行中的重要参数,随着民航科技的发展,对航向姿态的精度和可靠性的要求也越来越高。陀螺是最常用的姿态传感器,但是高性能陀螺体积大,价格高,不适合于小型飞行仿真转台。近年来,在汽车工业的需求推动下,微机械陀螺获得了很大发展。微机械陀螺具有体积小,成本低等优点,因此成为微型姿态测量系统的最佳选择。但是它精度比较低,其漂移会引起较大的误差。针对这种情况,本文采用了传感器的数据融合技术,利用来自加速度计、磁阻传感器的数据补偿角速度陀螺漂移引起的姿态误差;设计了一个应用于小型飞行转台的姿态测量系统。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-15
  1.1 飞行姿态再现系统及其传感系统介绍  11-12
  1.2 课题研究目的和意义  12
  1.3 国内外相关研究情况  12-14
  1.4 本文的主要内容  14-15
第二章 ACARS 系统和三轴仿真转台简介  15-24
  2.1 ACARS 系统  15-20
    2.1.1 地空地数据链的重要性  15-16
    2.1.2 飞机通信寻址及报告系统（ACARS）  16-17
    2.1.3 ACARS 报文  17-20
    2.1.4 飞机飞行姿态信息的获取  20
  2.2 三轴飞行姿态仿真转台  20-23
    2.2.1 三轴飞行姿态仿真转台的组成  20-22
    2.2.2 飞行仿真转台系统控制设计  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章姿态传感器的工作原理及算法实现  24-37
  3.1 捷联惯性导航  24
  3.2 常用的几种捷联姿态算法  24-27
    3.3.1 四元数法  25-26
    3.3.2 等效旋转矢量法  26-27
  3.4 姿态传感器的工作原理与设计方案  27
  3.5 系统的初始化  27-30
  3.6 基于卡尔曼滤波的姿态传感系统  30-36
    3.6.1 信息融合概述  30-32
    3.6.2 Kalman 滤波的基本原理  32-33
    3.6.3 卡尔曼滤波组合定姿算法  33-36
  3.7 本章小结  36-37
第四章姿态传感器的设计  37-52
  4.1 方案论证  37
  4.2 姿态传感器的硬件设计  37-46
    4.2.1 姿态传感器总体硬件框架设计  37-38
    4.2.2 系统硬件模块设计  38-46
  4.3 姿态传感器的软件设计  46-51
    4.3.1 软件总体框架  46-47
    4.3.2 软件开发语言  47
    4.3.3 软件编译环境  47-48
    4.3.4 主要软件程序的模块设计  48-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章磁航向的误差补偿与系统的性能分析  52-57
  5.1 磁阻传感器的误差分析与补偿  52-54
    5.1.1 磁航向误差来源  52
    5.1.2 磁航向误差补偿方法  52-54
  5.2 硬件电路调试  54-55
  5.3 实验结果分析  55-57
第六章论文总结与展望  57-58
  6.1 本文的主要工作  57
  6.2 后续研究工作展望  57-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
在学期间的研究成果及发表的学术论文  62

基于ACARS的飞行姿态再现传感技术研究

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