无陀螺捷联惯导算法在DSP上的实现研究

发布时间：2019-11-16 11:13

【摘要】：无陀螺捷联惯导系统舍弃了陀螺，通过加速度计构成的无陀螺惯性测量单元的比力输出，来计算得到运载体角运动信息,具有成本低、寿命长、耗能低和不需要启动时间等优点，适用于大过载、大角速度、航时较短的载体。无陀螺惯性技术中，加速度构型方式和角速度解算方法是研究的重点，本文通过对几种典型的构型进行比较，确定以一种九加速度计构型方式作为研究对象，该构型方式不但加速度计个数适中，而且输出信息中含有角速度交叉冗余项，有利于角速度解算精度的提高；同时对角速度解算方法进行了分析，并通过仿真实验对比每种方法的优劣，在此基础之上，提出了一种基于EKF滤波的角速度解算方法，推导滤波模型并进行实验仿真，此方法对抑制角速度发散、提高系统精度有明显效果。为了保证无陀螺捷联惯导系统的导航功能和解算精度，必须减小系统中的各种误差。无陀螺捷联惯导系统的主要误差源为无陀螺惯性测量单元的加速度计输出，其中包括加速度计本身的测量误差和加速度计工装过程中的安装误差。针对加速度计的测量误差，分别给出了重力场十二位置翻滚实验方案和三轴转动实验方案，用以标定加速度计静态误差系数和动态误差系数；针对加速度计的安装误差，给出了位置安装误差和方向安装误差的标定方案。最后给出加速度计输出补偿方法，利用非线性迭代最小二乘法进行比力和角速度的估计，得到加速度计输出误差。经实验验证，该方案可以准确标定各项误差，有效补偿加速度计输出误差。针对无陀螺捷联导航系统具体实现过程中高精度、实时性要求，以及无陀螺导航解算过程计算量大的问题，设计了基于DSP的无陀螺捷联惯导系统，该系统主要包括数据采集处理电路和上位机界面。经过硬件系统整体设计、芯片及各模块选型、连接模块间电路等，实现了硬件系统，之后对硬件进行软件编程，其中主要包括中断服务子程序、数据传输和导航解算等部分。另外，在VC++6.0环境下，利用串口控件MSComm编写上位机的软件程序，通过该界面实现上位机与DSP之间的串口通信功能。
【图文】：

加速度计,配置方案,构型

nA 其中，T1 j nJ J J J ，1 M M 加速度计安装参数矩阵。如果矩阵TJ J 可逆角加速度bib 和载体质心处比力bf 为： 1T T6 1bibbJ J J f 根据式（2-11）可知，要解算出角速度值即Trank ( J J ) 6，所以无陀螺惯性测量单元型的几种加速度计构型方式有六加速度计构速度计构型方式等，每种构型方式都各有优

示意图,标定实验,静态误差,加速度计

为实验中单轴转台的两个状态：A 状态下，将加速度计的B 状态下将加速度计的输出轴 OA 与转台转轴相重合。的初始偏差角。在 A、B 状态下，加速度计各轴敏感到的状态：00sin( )cos( )0IOPf gf gf 状态：00sin( )0cos( )IOPf gff g 下，由于摆轴输出始终为零，所以加速度计输出表达式变20I I IO I O II IA K K f K f f K f A 状态的实验就可得到系数 0I IO IIK ，K ，K ，， K的值。将式中，并将g看做为单位量，得：20 0 0 0 sin( ) sin( ) cos( ) sin I IO II K K K K
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN966;TP368.1

【参考文献】