基于DSP的高速飞行体姿态测量技术研究

发布时间：2017-09-16 17:39

  本文关键词：基于DSP的高速飞行体姿态测量技术研究

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【摘要】：运载体的导航与制导设备完成对其姿态和位置的控制，姿态测量为姿态控制提供必要的姿态信息。高速飞行体动态响应大，对姿态测量系统的实时性和准确性要求更高。导航计算机作为姿态测量系统的核心部件，既要完成对惯性传感器的原始数据采集，更为重要的是高效快速地完成解算姿态信息并输出。DSP芯片，即数字信号处理芯片，区别与其他的CPU，在数字信号处理方面具有很大的优势，成为近两年导航计算机的主要组成部分。 本文选用TI公司的32位浮点型DSP芯片TMS320F28335，与其外围电路构成导航计算机，对MEMS-IMU的加速度和角速度值进行采集、存储、解算和输出，设计了一种小型化、高可靠性的姿态测量系统。 本文的研究内容主要有： 1）充分了解了国内外导航计算机的发展现状，针对高速飞行体提出了使用DSP做为导航计算机的姿态测量系统； 2）研究了捷联惯导的测姿原理。在明确测姿过程中几个常用坐标系即其变换后，，介绍并比较了几种常用的姿态解算方法，最后选择了四元数法。 3）设计了基于DSP TMS320F28335的高速飞行体姿态测量系统，搭建了以F28335为导航计算机，MEMS-IMU为惯性传感器的硬件平台并完成了硬件原理图和PCB板的绘制；完成了硬件调试工作，编写了姿态解算程序。 4）为了解决测姿系统随高速运动飞行体行进过程中，可能经受高过载环境而导致的失效问题，本文了从硬件和工艺两方面进行了系统抗高过载设计，并通过有限元分析软件ANSYS进行了瞬态冲击仿真，最后通过20000g马歇特锤实验和三维转台实验验证了抗高过载方案的可靠性。
【关键词】：姿态测量 导航计算机 DSP 抗高过载
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 论文研究背景及意义10
• 1.2 相关技术国内外发展现状10-18
• 1.2.1 姿态测量系统国内外发展现状10-13
• 1.2.2 MEMS-IMU 的国内外发展现状13-14
• 1.2.3 DSP 应用于姿态测量系统的发展现状14-16
• 1.2.4 弹载系统抗高过载国内外发展现状16-18
• 1.3 论文内容安排18-19
• 2 MEMS-IMU 姿态参数测量原理19-36
• 2.1 惯性导航中的地球模型和坐标系19-24
• 2.1.1 地球的形状和曲率半径19
• 2.1.2 惯导常用坐标系19-20
• 2.1.3 坐标系之间的变换20-24
• 2.2 坐标变换常用算法介绍24-29
• 2.2.1 欧拉角法24-25
• 2.2.2 方向余弦法25-26
• 2.2.3 四元数法26-27
• 2.2.4 等效旋转矢量法27-28
• 2.2.5 几种算法的比较28-29
• 2.3 姿态测量算法介绍29-34
• 2.3.1 初始状态的获取30
• 2.3.2 姿态矩阵的更新30-32
• 2.3.3 速度的更新32-33
• 2.3.4 位置矩阵的更新33-34
• 2.4 系统误差分析34
• 2.5 本章总结34-36
• 3 基于 DSP 的姿态测量系统设计36-54
• 3.1 硬件设计36-46
• 3.1.1 MEMS-IMU36-39
• 3.1.2 电平转换单元39-41
• 3.1.3 DSP 解算单元41-44
• 3.1.4 电源模块44-46
• 3.1.5 接口单元46
• 3.2 软件设计46-53
• 3.2.1 CCS 程序编译环境介绍47-48
• 3.2.2 系统初始化48-51
• 3.2.3 姿态解算51-53
• 3.3 本章小结53-54
• 4 测姿系统抗高过载方法研究54-64
• 4.1 测姿系统高过载环境下的受力和失效分析54-55
• 4.1.1 高过载条件下微电子器件的受力形式54
• 4.1.2 高过载条件下微电子器件的失效分析54-55
• 4.2 提高测姿系统抗高过载方法55-63
• 4.2.1 从结构设计上提高抗高过载能力55
• 4.2.2 采用全贴片器件和电路封装实现抗高过载55
• 4.2.3 元器件的加固实现抗高过载55-56
• 4.2.4 供电电路的抗高过载设计56-59
• 4.2.5 DSP 外部时钟电路的抗高过载设计59-61
• 4.2.6 整体灌封实现抗高过载61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 5 抗高过载仿真和实验分析64-73
• 5.1 ANSYS 有限元的抗高过载仿真64-69
• 5.1.1 建立模型64-66
• 5.1.2 瞬态冲击分析66-69
• 5.2 马歇特锤和三维转台抗高过载验证实验69-72
• 5.2.1 马歇特锤实验69-70
• 5.2.2 三轴转台实验70-72
• 5.3 本章小结72-73
• 6 总结与展望73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 钱立志;;弹载任务设备抗高过载方法研究[J];兵工学报;2007年08期

2 李海涛;曹咏弘;祖静;;等效旋转矢量法在旋转弹姿态解算中的应用[J];测试技术学报;2011年04期

3 黄 真,李艳文,高 峰;空间运动构件姿态的欧拉角表示[J];燕山大学学报;2002年03期

4 王巍;何胜;;MEMS惯性仪表技术发展趋势[J];导弹与航天运载技术;2009年03期

5 许国祯;从精确制导武器的发展看惯性技术的新贡献[J];电光与控制;2003年03期

6 吴卫;杨绪业;;顺序上电DSP供电电路TPS707xx系列及其应用[J];电气技术;2007年03期

7 周世勤;新型惯性技术的发展[J];飞航导弹;2001年06期

8 谭威;罗仁泽;高文刚;周慧琪;;基于TMS320F28335的DSP最小系统设计[J];工业控制计算机;2012年04期

9 夏俊生;;MCM高过载环境适应技术的应用和发展[J];环境技术;2008年03期

10 蒋伟;文昱;;SPI总线及其在单片机系统中的应用[J];科技广场;2008年10期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 何家维;高精度全天时星敏感器关键技术研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2013年

本文编号：864494