船载卫星天线伺服系统中姿态检测系统设计

发布时间：2017-10-10 03:13

  本文关键词：船载卫星天线伺服系统中姿态检测系统设计

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【摘要】：本文以船载卫星天线伺服系统项目为研究背景,展开以微惯性姿态测量单元和编码器单元为姿态测量核心的船载卫星天线姿态检测系统的研制工作。为提高MEMS倾角仪和陀螺仪的精度,本文对MEMS倾角仪信号进行温度补偿和软件算法处理,对MEMS陀螺仪进行硬件差分处理和软件算法处理。提出MEMS顷角仪、陀螺仪的零位标定方法[42]；研究了电磁罗盘查表标定方法；研制了船载卫星天线姿态检测系统,进行了相关验证、试验和测试。本论文主要研究以下几方面：(1)结合目前船载卫星天线伺服系统的发展情况,根据船载卫星天线伺服系统对姿态检测系统精度的要求,对比不同类型天线姿态检测系统的可靠性、体积、成本及复杂程度,提出采用MEMS陀螺仪、MEMS加速度计与电子罗盘、编码器组合构成船载卫星天线姿态检测系统的总体方案。(2)微惯性姿态检测单元对同一系列不同型号的倾角传感器设计出单轴硬件差分电路和双轴软件差分电路,并进行大量对比测试,最终选择载体姿态检测使用倾角仪双轴软件差分电路,天线姿态检测使用倾角仪单轴硬件差分电路。(3)船体移动时产生线加速度,MEMS加速度计受到线加速度干扰,导致测试倾角与实际倾斜角度不相符,同时在静态时陀螺仪零点漂移和温度漂移极易对陀螺信号造成干扰,故采用卡尔曼滤波算法将倾角仪信号和陀螺仪信号进行信息融合,时时修正倾角信息。(4)对MEMS陀螺信号进行了误差分析,提出IIR滤波和递推最小二乘拟合两种信号处理方法。并利用系统实测MEMS陀螺数据进行算法验证,最终选定递推最小二乘法拟合算法。(5)对磁编码器进行测试并分析,采用高精度转台对磁编码器信号进行补偿,提高磁编码器精度。(6)本文分析双轴磁强计结构的平面电子罗盘误差产生原因,并在实际使用中进行大量测试,为提高电磁罗盘测量准确度,提出罗差补偿算法,并借助高精度、高稳定性的磁编码器对电子罗盘进行标定。最后对本系统进行全面测试,得出研究成果及系统精度,并对船载卫星天线伺服系统中姿态检测系统的不足之处进行总结,提出提高系统精度的一些观点。
【关键词】：卫星天线 伺服系统 姿态检测 陀螺仪 滤波
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11
• 1.3 课题研究的目的和意义11-12
• 1.4 本论文研究内容与章节安排12-14
• 1.4.1 论文的主要研究内容12
• 1.4.2 论文章节安排12-14
• 2 系统整体方案设计14-24
• 2.1 系统构成与基本原理14-16
• 2.1.1 天线系统组成14-15
• 2.1.2 姿态检测系统性能指标15
• 2.1.3 姿态检测系统方案选择15-16
• 2.2 器件选择16-23
• 2.2.1 倾角仪选型16-18
• 2.2.2 陀螺仪选型18-19
• 2.2.3 电磁罗盘选型19-20
• 2.2.4 磁角位置编码器选型20-22
• 2.2.5 处理器选型22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 天线姿态检测系统构成与硬件设计24-37
• 3.1 天线姿态检测系统组成24
• 3.2 微惯性检测模块组成及硬件设计24-34
• 3.2.1 微惯性检测模块组成24-26
• 3.2.2 微惯性姿态检测模块供电电路26-29
• 3.2.3 微惯性姿态检测处理器电路29-30
• 3.2.4 微惯性姿态模块倾角电路30-32
• 3.2.5 微惯性姿态模块陀螺电路32-33
• 3.2.6 微惯性姿态模块电磁罗盘电路33-34
• 3.3 编码器检测模块构成及硬件设计34-35
• 3.3.1 编码器模块构成34
• 3.3.2 编码器硬件电路设计34-35
• 3.4 通信接口电路设计35-36
• 3.4.1 CAN通信接口电路设计35-36
• 3.4.2 RS422串行通信接口电路设计36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 姿态信号误差分析与处理37-56
• 4.1 倾角传感器信号分析与处理37-42
• 4.1.1 MEMS倾角传感器误差模型分析37-38
• 4.1.2 倾角传感器温度漂移38-39
• 4.1.3 消除温度对倾角仪影响39
• 4.1.4 线加速度对倾角仪的影响39-40
• 4.1.5 用陀螺仪积分消除线加速度干扰40-42
• 4.2 陀螺仪信号分析42-43
• 4.2.1 MEMS陀螺仪误差分析42-43
• 4.2.2 陀螺仪温度漂移测试43
• 4.3 陀螺仪信号处理43-49
• 4.3.1 硬件差分处理43-45
• 4.3.2 陀螺信号IIR滤波处理45-48
• 4.3.3 陀螺信号IIR滤波实验结果分析48-49
• 4.4 电磁罗盘信号分析49-51
• 4.4.1 电子罗盘误差分析49-50
• 4.4.2 罗差补偿原理50-51
• 4.5 电磁罗盘信号处理51-54
• 4.6 本章小结54-56
• 5 系统软件设计56-69
• 5.1 功能需求56
• 5.2 系统软件接口56
• 5.3 系统软件设计56-57
• 5.4 功能描述57-68
• 5.4.1 惯性姿态检测模块57-62
• 5.4.2 惯性姿态信号算法模块62-66
• 5.4.3 编码器信号采集处理模块66-68
• 5.4.4 通信模块68
• 5.5 本章小结68-69
• 6 天线姿态检测系统测试结果与分析69-84
• 6.1 惯性姿态检测模块测试69-75
• 6.1.1 测试目的69
• 6.1.2 测试方法69
• 6.1.3 测试结果69-75
• 6.2 编码器测试75-78
• 6.2.1 测试目的75-76
• 6.2.2 测试方法76
• 6.2.3 测试结果76-78
• 6.3 系统联试78-82
• 6.3.1 系统联试目的78
• 6.3.2 系统联试方法78-79
• 6.3.3 系统联试结果79-82
• 6.4 本章小结82-84
• 7 论文总结84-86
• 参考文献86-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88-89
• 致谢89-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵来定;;姿态测量单元在船载卫星天线上的应用[J];计算机测量与控制;2006年03期

2 黄婷婷;王大明;;基于C8051F040船载动中通天线姿态控制系统的研究[J];计算机与数字工程;2013年11期

3 康学海;柯树人;;“动中通”移动卫星通信终端天线跟踪技术[J];现代电子技术;2007年17期

4 李耐和;;“动中通”卫星通信技术[J];现代军事;2007年07期

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1 刘付强;船用卫星天线微型姿态测量系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

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本文编号：1003995