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无损压缩技术在姿态数据采集系统中的应用研究

作　者: 曾俊
导　师: 卜雄洙
学　校: 南京理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 姿态参数 数据采集 无损压缩算法 DSP 数据存储
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


各种弹丸飞行姿态参数的获取无论是对弹丸的设计、弹丸空气动力学的研究都有着重要的意义。弹丸在飞行过程中,测量弹丸姿态一般需要多种传感器的组合,故其数据量较大。因此,在姿态测试中采用无损压缩技术具有很大的应用价值。本文针对姿态信号的特点,设计了一种集信号调理、数据采集、数据压缩、数据存储于一体的姿态数据采集系统,将大容量的姿态信号数据进行无损压缩后进行存储。本文首先对姿态信号的特征进行了分析,并针对几种采集系统的优缺点选择了适合本系统的测试方案:基于DSP的姿态数据采集系统,对该方案设计原理进行了阐述;为了选择适合本系统的数据压缩算法,通过对各种算法的优缺点进行比较,确定了压缩效率和压缩速度较高的动态规划压缩算法,并对该算法进行了模拟仿真。其次对本系统进行了软硬件的设计:硬件设计包括各种元件的选择和电路的设计,其中元件选择包括DSP的选择、A/D的选择和外部存储器的选择,而硬件电路的设计包括传感器信号调理电路的设计、A/D控制电路的设计、FLASH控制电路的设计和系统电源的设计等;软件设计包括DSP中存储器配置文件(.CMD)文件的配置、数据无损压缩算法在DSP的实现等。本文对系统进行了调试实验:利用MATLAB实现了数据解压缩的算法,还原了姿态测试信号,并对系统精度进行了分析,验证了该系统满足姿态数据采集的要求,且该系统减小了存储空间,大大节约了成本。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
    1.2.1 数据压缩的意义  9-10
    1.2.2 数据压缩的分类  10
    1.2.3 数据压缩的发展  10-12
  1.3 本文主要工作  12-13
2 姿态信号的特征及采集系统的原理  13-18
  2.1 姿态信号的特征  13-14
  2.2 姿态数据采集系统方案选择  14-16
    2.2.1 DSP方案  15
    2.2.2 FPGA方案  15
    2.2.3 DSP+FPGA方案  15-16
    2.2.4 系统方案的选择  16
  2.3 姿态数据采集系统的原理  16-17
  2.4 本章小结  17-18
3 数据无损压缩方法分析  18-28
  3.1 数据压缩的基本理论  18-19
  3.2 主要的数据压缩算法方法  19-25
    3.2.1 动态规划压缩算法  19-20
    3.2.2 基于字典的无损压缩算法(LZW)  20-23
    3.2.3 算术编码(ARITHMETIC)  23
    3.2.4 霍夫曼(HUFFMAN)算法  23-24
    3.2.5 游程编码  24-25
  3.3 姿态数据采集系统数据压缩算法的选择  25-26
  3.4 动态规划算法的模拟仿真  26-27
  3.5 本章小结  27-28
4 姿态数据采集系统硬件设计  28-40
  4.1 系统硬件方案设计  28-31
    4.1.1 微处理器的选择  28-30
    4.1.2 A/D的选择  30
    4.1.3 外部存储器的选择  30-31
  4.2 信号调理电路设计  31-36
    4.2.1 磁传感器置/复位电路设计  31-32
    4.2.2 磁传感器放大电路设计  32-33
    4.2.3 加速度计控制电路设计  33-34
    4.2.4 硬件滤波电路设计  34-36
  4.3 基于TMS320F2812的控制电路设计  36-38
    4.3.1 A/D转换控制电路设计  36-37
    4.3.2 FLASH存储器的控制电路  37-38
    4.3.3 串口通信电路  38
  4.4 系统电源设计  38-39
  4.5 本章小结  39-40
5 姿态数据采集系统软件设计  40-55
  5.1 姿态数据采集系统软件总体设计  40-42
  5.2 TMS320F2812存储器配置文件(.CMD)的配置  42-45
    5.2.1 系统地址空间的配置  42-43
    5.2.2 .CMD文件的分配方法  43-45
  5.3 动态规划压缩算法在DSP中的实现  45-49
    5.3.1 采样率的控制  46-47
    5.3.2 数据存储空间的处理  47
    5.3.3 动态规划滤波算法在DSP中的仿真情况  47-49
  5.4 其他相关部分软件设计  49-54
    5.4.1 A/D采样部分软件设计  49-50
    5.4.2 FLASH存储器部分软件设计  50-51
    5.4.3 串口通信部分软件设计  51-52
    5.4.4 软件滤波在DSP中的实现  52-54
  5.5 本章小结  54-55
6 系统调试和压缩算法精度的分析  55-63
  6.1 姿态数据采集系统介绍  55
  6.2 FLASH存储器中数据的读取  55-57
  6.3 解压缩算法在MATLAB中的实现  57-59
  6.4 系统压缩算法的精度和压缩性能分析  59-62
    6.4.1 压缩算法的精度分析  59-60
    6.4.2 系统压缩性能分析  60-62
  6.5 本章小结  62-63
本文总结及展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录: 硬件原理图  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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