基于光纤陀螺仪的罗经设计

发布时间：2017-10-05 10:47

  本文关键词：基于光纤陀螺仪的罗经设计

  更多相关文章： Sagnac效应 寻北算法 S5PV210 光纤陀螺仪罗经

【摘要】：随着光纤通信和光纤传感器技术的发展,光纤陀螺仪作为一种新型全固体传感器,具有体积小、启动时间短、动态测量范围广、抗干扰能力强等特点,近年来得到广泛应用。光纤陀螺仪罗经能够实时为船舶、飞机、汽车等运动体提供精准方位航向。本文以Cotex-A8内核的S5PV210微型处理器为核心,设计了光纤陀螺仪罗经系统,航向分罗经显示驱动系统。其中,光纤陀螺仪罗经系统主要包括:前置放大电路、A/D转换电路、数字逻辑电路、D/A转换电路、运算放大器电路等。光纤陀螺仪信号的采集使用了AD9220芯片进行A/D转换,光纤陀螺仪反馈信号的调理采用了DAC8512+LM358方案。导航数据解算部分,设计了S5PV210外围电路,主要包括电源电路、电源监控及复位电路、EEPROM和NAND Flash存储电路、RS422串口通信电路。航向分罗经显示驱动系统中,采用了以Cotex-M3为内核的STM32F103RET6作为主控芯片,该系统设计的目的有两个:第一,通过IEC61162协议与S5PV210导航解算模块进行通信,将接收到的航向信息通过I2C协议驱动数码管来显示航向。第二,运用IR2117+IRF540方案去驱动分罗经表盘。最后,本文利用三轴惯性导航测试平台和基于Visual C++6.0为开发环境设计的上位机测试软件,完成了光纤陀螺仪性能测试实验,包括光纤陀螺仪标度因数和零偏稳定性实验。在此基础上,完成了光纤陀螺仪罗经系统的二位置寻北实验,实验结果表明,设计的光纤陀螺仪罗经初步具备寻北能力,达到了预期设计要求。
【关键词】：Sagnac效应 寻北算法 S5PV210 光纤陀螺仪罗经
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V241.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景及选题意义11-13
• 1.1.1 光纤陀螺仪简介11-12
• 1.1.2 光纤陀螺仪与传统机械陀螺仪的区别12
• 1.1.3 选题的意义12-13
• 1.2 光纤陀螺发展研究现状13-14
• 1.2.1 国外发展研究现状13
• 1.2.2 国内发展研究现状13-14
• 1.3 陀螺罗经发展及应用14-15
• 1.4 课题的研究内容及主要章节安排15-17
• 第2章 光纤陀螺仪原理及寻北方案17-31
• 2.1 光纤陀螺仪理论基础及工作原理17-21
• 2.1.1 理论基础-Sagnac效应17
• 2.1.2 真空圆形环路中的Sagnac效应17-19
• 2.1.3 介质圆形环路中的Sagnac效应19-20
• 2.1.4 光纤陀螺仪工作原理20-21
• 2.2 常用坐标系及坐标系之间转换关系21-25
• 2.2.1 常用坐标系21-23
• 2.2.2 坐标系间的关系23-25
• 2.3 光纤陀螺仪罗经寻北原理及寻北方案25-30
• 2.3.1 单陀螺二位置寻北25-26
• 2.3.2 双陀螺二位置寻北26-27
• 2.3.3 单陀螺四位置寻北27-28
• 2.3.4 双陀螺四位置寻北28-29
• 2.3.5 多位置寻北29
• 2.3.6 光纤陀螺仪寻北方案的比较29-30
• 2.4 小结30-31
• 第3章 光纤陀螺仪罗经系统硬件设计31-49
• 3.1 光纤陀螺仪信号处理硬件系统31-38
• 3.1.1 前置放大电路硬件电路设计31-33
• 3.1.2 陀螺仪光信号A/D采样硬件设计33-36
• 3.1.3 陀螺反馈信号D/A转换及运算放大电路设计36-38
• 3.2 寻北解算与主控制器硬件电路设计38-47
• 3.2.1 S5PV210电源电路设计39-40
• 3.2.2 电源监控及复位设计40-41
• 3.2.3 配置和存储电路设计41-42
• 3.2.4 NAND Flash硬件设计42-44
• 3.2.5 串口通信电路设计44-47
• 3.3 总结47-49
• 第4章 航向分罗经显示驱动系统设计49-63
• 4.1 电源电路设计49-52
• 4.1.1 110V~220V AC转 24V DC电源50
• 4.1.2 24V转 5V、3.3V电源部分50-52
• 4.1.3 电源自动切换电路52
• 4.2 光纤陀螺仪罗经与STM32F103RET6串口通信52-54
• 4.2.1 IEC61162协议52-54
• 4.3 数码管&键盘显示电路设计54-56
• 4.3.1 ZLG7290外围电路设计54-55
• 4.3.2 数码管&键盘显示电路55-56
• 4.4 航向分罗经主控电路设计56-62
• 4.4.1 STM32F103RET6外围电路设计56-58
• 4.4.2 分罗经表盘三相步进电机驱动58-62
• 4.5 总结62-63
• 第5章 光纤陀螺仪罗经系统寻北实验测试63-73
• 5.1 惯性导航测试平台介绍63-65
• 5.2 基于Visual C++6.0 上位机测试软件65-68
• 5.2.1 模拟GPS信号输入模块66
• 5.2.2 串口设置模块66-67
• 5.2.3 数据保存模块67
• 5.2.4 上位机主界面67-68
• 5.3 二位置寻北实验68-72
• 5.3.1 光纤陀螺仪性能测试68-71
• 5.3.2 光纤陀螺仪罗经二位置寻北实验71-72
• 5.4 总结72-73
• 总结与展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文79-81
• 致谢81

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