MIMU/GPS双天线组合系统旋转动态特性研究
发布时间：2020-12-21 12:00
MEMS惯性器件有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高和制造成本低等优点,在导航领域得到广泛应用。引入GPS双天线、旋转机构与MIMU组成系统,那么组合系统的定位定向精度将会显著提高。本论文开展MIMU/GPS双天线组合系统旋转动态特性研究,其主要的研究内容和成果如下:设计了旋转MIMU/GPS双天线组合系统使用的单轴旋转平台,包括机械设计、线路连接、驱动器设置和转台控制。对旋转过程中GPS天线测量的速度和位置特性开展了研究,给出了旋转误差补偿的方法。研究了GPS双天线的卫星载波相位的单差和双差的旋转特性,给出了旋转GPS天线的卫星单位方向向量计算方法,给出了天线位置交换法和基线旋转一圈计算基线航向的方法。研究了旋转速度和旋转方向对旋转MIMU惯导的影响,给出了旋转MIMU惯导的误差传播方程和误差调制机理,给出了旋转MIMU组合系统的初始对准方法,对旋转轴的非正交误差和旋转离心加速度进行了补偿。通过实验数据分析验证了GPS双天线旋转定向方法的正确性,验证了转轴非正交误差补偿的有效性,对比了不同转速下旋转MIMU惯导效果,对比了单向连续旋转MIMU与正反360°旋转MIMU惯导结果,验证了旋...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外学者寻北实验实物图
(a) 北京航空航天大学 (b) 浙江大学图 1-2 国内旋转 MIMU 测姿系统实物图013 年，北京航空航天大学研究者[21][23]开始将旋转式 MIMU 用于捷联惯导 MIMU 捷联惯导系统采用编码器精度优于 2″的力矩电机作为旋转机构，TIM202 的 MIMU，陀螺零偏稳定性为 8.6°/h，加速度零偏稳定性为 2.3m直径为 95mm，高度为 106mm，重量不到 3kg，如图 1-3 (a)所示。该系统的方式，通过旋转调制技术载体姿态精度提高了 5 倍，速度和位置精度提系统导航的初始的速度、位置和航向均由外部传感器获得。015 年，加拿大卡尔加里大学学者[33]研究将旋转 MIMU 惯导系统与全球导Global Navigation Satellite System，GNSS）组合，用来弥补没有 GPS 信号弱的场合的导航。该系统采用 10°/s 单轴旋转的方式，使用 EKF 融合惯导航数据，实验实物图如图 1-3 (b)所示。跑车实验对比了在无卫星信号时旋 INS 的导航精度，使用 Xsens 的 MTi-G MIMU 旋转 INS 可以将水平位置，使用 Moog Crossbow 的 NAV440 旋转 INS 可以将水平位置差减小 3 倍。
图 2-2 旋转直驱电机实物图 图 2-3ADP 驱动器2）驱动器电机驱动器的作用是驱动伺服电机运动，输入直流或交流电压，输出三相梯形波或弦波驱动伺服电机运动。驱动器的选择主要考虑的因素：驱动的电机功率、编码器类、驱动器的供电方式以及驱动器的控制能力。由于所用电机的持续电流为 5 安培，并且集成安装差分式 A/B/Z 相脉冲编码器，选驱动器的输出持续电流应大于 5 安培，且支持差分式 A/B/Z 相脉冲编码器输入；考虑本实验转台会在户外使用，应选择直流供电的驱动器；为了方便电机的控制调试，要所选驱动器支持串口指令控制。本组合系统转台采用 ADP 数字伺服驱动器，该驱动器采用直流供电，具有强大的制模式和控制接口。其输入输出能力如表 2-1所示，实物如图2-3所示，大小为 168mm×9mm×31mm。表 2-1 驱动器输入输出能力输入能力 输出能力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS/GPS/地磁组合的弹体姿态解算[J]. 杨梦雨,管雪元,李文胜. 电子测量技术. 2017(04)
[2]基于嵌入式平台的MEMS/GPS组合导航系统实现研究[J]. 黄欣,许建新,孔雪博,熊智. 导航与控制. 2017(01)
[3]MEMS惯性技术的发展及应用[J]. 齐广峰,吕军锋. 电子设计工程. 2015(01)
[4]低精度INS/GPS组合导航大方位失准角初始对准方案[J]. 吴松羽,王可东. 全球定位系统. 2014(06)
[5]低成本车载MEMS惯导导航定位方法[J]. 李博文,姚丹亚. 中国惯性技术学报. 2014(06)
[6]MEMS器件捷联惯导系统旋转调制技术[J]. 王学运,吕妍红,王玮,王蕾. 东北大学学报(自然科学版). 2014(04)
[7]一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统[J]. 胡少兴,刘东昌,张爱武,朱煜坤. 传感器与微系统. 2014(03)
[8]论GPS罗经在通航安全评估实船试验等方面应用的先进性和可行性[J]. 周光明,万荣欣. 中国海事. 2014(02)
[9]GPS罗经测姿方法与展望[J]. 陈允约,刘智敏. 全球定位系统. 2013(01)
[10]单轴旋转惯导系统中陀螺漂移的精确校准[J]. 于旭东,王宇,张鹏飞,谢元平,汤建勋,龙兴武. 光学精密工程. 2012(06)
博士论文
[1]光纤陀螺单轴旋转惯导系统若干关键技术研究[D]. 胡杰.东南大学 2017
[2]旋转式捷联惯导系统关键技术研究[D]. 王庭军.哈尔滨工程大学 2013
硕士论文
[1]单轴旋转光纤捷联惯导系统的误差建模与补偿[D]. 聂梦馨.南京航空航天大学 2015
[2]基于MEMS惯性传感器的高精度姿态测量关键技术研究[D]. 陈曦.浙江大学 2014
[3]基于VxWorks的双GPS测向系统设计[D]. 黄海涛.南京理工大学 2014
[4]多天线GPS测姿接收机设计与实现[D]. 王彪.哈尔滨工程大学 2013
[5]基于双天线GPS/INS组合测向技术研究[D]. 李墨.重庆大学 2012
[6]旋转式捷联惯导系统误差分析与转动方案研究[D]. 杨喆.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2929790
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外学者寻北实验实物图
(a) 北京航空航天大学 (b) 浙江大学图 1-2 国内旋转 MIMU 测姿系统实物图013 年，北京航空航天大学研究者[21][23]开始将旋转式 MIMU 用于捷联惯导 MIMU 捷联惯导系统采用编码器精度优于 2″的力矩电机作为旋转机构，TIM202 的 MIMU，陀螺零偏稳定性为 8.6°/h，加速度零偏稳定性为 2.3m直径为 95mm，高度为 106mm，重量不到 3kg，如图 1-3 (a)所示。该系统的方式，通过旋转调制技术载体姿态精度提高了 5 倍，速度和位置精度提系统导航的初始的速度、位置和航向均由外部传感器获得。015 年，加拿大卡尔加里大学学者[33]研究将旋转 MIMU 惯导系统与全球导Global Navigation Satellite System，GNSS）组合，用来弥补没有 GPS 信号弱的场合的导航。该系统采用 10°/s 单轴旋转的方式，使用 EKF 融合惯导航数据，实验实物图如图 1-3 (b)所示。跑车实验对比了在无卫星信号时旋 INS 的导航精度，使用 Xsens 的 MTi-G MIMU 旋转 INS 可以将水平位置，使用 Moog Crossbow 的 NAV440 旋转 INS 可以将水平位置差减小 3 倍。
图 2-2 旋转直驱电机实物图 图 2-3ADP 驱动器2）驱动器电机驱动器的作用是驱动伺服电机运动，输入直流或交流电压，输出三相梯形波或弦波驱动伺服电机运动。驱动器的选择主要考虑的因素：驱动的电机功率、编码器类、驱动器的供电方式以及驱动器的控制能力。由于所用电机的持续电流为 5 安培，并且集成安装差分式 A/B/Z 相脉冲编码器，选驱动器的输出持续电流应大于 5 安培，且支持差分式 A/B/Z 相脉冲编码器输入；考虑本实验转台会在户外使用，应选择直流供电的驱动器；为了方便电机的控制调试，要所选驱动器支持串口指令控制。本组合系统转台采用 ADP 数字伺服驱动器，该驱动器采用直流供电，具有强大的制模式和控制接口。其输入输出能力如表 2-1所示，实物如图2-3所示，大小为 168mm×9mm×31mm。表 2-1 驱动器输入输出能力输入能力 输出能力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MEMS/GPS/地磁组合的弹体姿态解算[J]. 杨梦雨,管雪元,李文胜. 电子测量技术. 2017(04)
[2]基于嵌入式平台的MEMS/GPS组合导航系统实现研究[J]. 黄欣,许建新,孔雪博,熊智. 导航与控制. 2017(01)
[3]MEMS惯性技术的发展及应用[J]. 齐广峰,吕军锋. 电子设计工程. 2015(01)
[4]低精度INS/GPS组合导航大方位失准角初始对准方案[J]. 吴松羽,王可东. 全球定位系统. 2014(06)
[5]低成本车载MEMS惯导导航定位方法[J]. 李博文,姚丹亚. 中国惯性技术学报. 2014(06)
[6]MEMS器件捷联惯导系统旋转调制技术[J]. 王学运,吕妍红,王玮,王蕾. 东北大学学报(自然科学版). 2014(04)
[7]一种基于MEMS传感器的无人飞艇航姿测量系统[J]. 胡少兴,刘东昌,张爱武,朱煜坤. 传感器与微系统. 2014(03)
[8]论GPS罗经在通航安全评估实船试验等方面应用的先进性和可行性[J]. 周光明,万荣欣. 中国海事. 2014(02)
[9]GPS罗经测姿方法与展望[J]. 陈允约,刘智敏. 全球定位系统. 2013(01)
[10]单轴旋转惯导系统中陀螺漂移的精确校准[J]. 于旭东,王宇,张鹏飞,谢元平,汤建勋,龙兴武. 光学精密工程. 2012(06)
博士论文
[1]光纤陀螺单轴旋转惯导系统若干关键技术研究[D]. 胡杰.东南大学 2017
[2]旋转式捷联惯导系统关键技术研究[D]. 王庭军.哈尔滨工程大学 2013
硕士论文
[1]单轴旋转光纤捷联惯导系统的误差建模与补偿[D]. 聂梦馨.南京航空航天大学 2015
[2]基于MEMS惯性传感器的高精度姿态测量关键技术研究[D]. 陈曦.浙江大学 2014
[3]基于VxWorks的双GPS测向系统设计[D]. 黄海涛.南京理工大学 2014
[4]多天线GPS测姿接收机设计与实现[D]. 王彪.哈尔滨工程大学 2013
[5]基于双天线GPS/INS组合测向技术研究[D]. 李墨.重庆大学 2012
[6]旋转式捷联惯导系统误差分析与转动方案研究[D]. 杨喆.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2929790
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