捷联式航空重力仪数据采集控制系统设计与实现

发布时间：2017-10-16 07:37

  本文关键词：捷联式航空重力仪数据采集控制系统设计与实现

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【摘要】：航空重力测量是一种有效的获取大区域高精度重力场信息的重力测量方式,具有经济、高效、方便灵活等特点,拥有广阔的应用前景和发展空间。本文以航空重力测量为应用背景,基于捷联式航空重力仪的需求,设计并实现了捷联式航空重力仪数据采集控制系统,其主要的研究工作和创新成果如下：以航空重力测量基本理论为基础,确定航空重力测量系统构成,设计了FPGA、 MCU、DSP组合的数据采集控制系统硬件架构和系统整体方案,并完成了嵌入式系统的硬件设计。设计了FPGA内部各功能模块,实现了系统传感器数据的实时采集与多传感器数据的时间同步；完成了数据流的控制,实时存储数据并向导航计算机提供组合解算原始数据；实现了文件管理的基础,配合MCU完成文件管理工作。模块测试结果表明,各功能单元工作正常,时间同步精度达到设计要求。设计并实现了MCU系统、导航计算机DSP系统与上位机监控系统,完成了硬盘底层驱动、文件系统协议、USB驱动等重要软件设计,配合FPGA模块,实现了硬盘管理、嵌入式文件管理、USB回收硬盘数据等功能；实现了SINS/GPS组合的实时解算,能实时提供稳定可靠的姿态信息；实现了数据与系统状态的实时监控。针对系统进行了室内外实验,实验结果表明,本文所实现的系统环境适应性强,性能稳定可靠,能准确接收并存储传感器数据帧和在线解算结果；数据文件能够稳定、高速、方便地回收；在线解算的姿态信息精度高；数据与系统状态实时监控正常。本论文在软硬件方面所做的研究工作和取得的研究成果对捷联式航空重力测量系统的应用具有重要的实用价值。
【关键词】：FPGA+MCU+DSP 重力仪数据采集控制 文件系统 USB驱动 实时姿态
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2;TH761.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 相关领域国内外研究动态10-13
• 1.2.1 存储介质的发展10
• 1.2.2 数据采集系统国内外研究动态10-12
• 1.2.3 数据采集系统现代化应用12-13
• 1.3 本文研究内容13-15
• 第二章 系统总体设计15-27
• 2.1 航空重力测量基本理论15-18
• 2.1.1 基本原理15-16
• 2.1.2 数学模型16-17
• 2.1.3 航空重力测量系统构成17-18
• 2.2 系统总体概述18-21
• 2.2.1 系统设计要求19
• 2.2.2 系统硬件架构与整体方案19-21
• 2.3 系统整体硬件设计21-26
• 2.3.1 FPGA选型21
• 2.3.2 MCU选型及数据交互设计21-23
• 2.3.3 DSP选型及数据交互设计23-24
• 2.3.4 传感器接口设计24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 系统FPGA硬件建模27-49
• 3.1 FPGA硬件建模概述27-28
• 3.2 串口模块28-31
• 3.2.1 串口模块结构28-29
• 3.2.2 串口初始化29-30
• 3.2.3 串口模块测试30-31
• 3.3 同步接收模块31-34
• 3.3.1 同步接收模块设计31-33
• 3.3.2 同步接收模块测试33-34
• 3.4 数据解码模块34-39
• 3.4.1 惯性数据解码模块34
• 3.4.2 GPS数据解码模块34-38
• 3.4.3 数据解码模块测试38-39
• 3.5 数据流控制模块39-42
• 3.5.1 数据准备单元40
• 3.5.2 数据写入SSD单元40-41
• 3.5.3 数据流控制模块测试41-42
• 3.6 IDE接口仲裁器与接口开关42-43
• 3.7 文件管理器43-45
• 3.7.1 文件管理器接口IDE_M44
• 3.7.2 文件管理器核心FAT_C44-45
• 3.8 交互接口45-48
• 3.8.1 交互接口实现45-47
• 3.8.2 交互接口测试47-48
• 3.9 本章小结48-49
• 第四章 系统软件设计与实现49-71
• 4.1 系统软件设计总体概述49
• 4.2 系统MCU软件设计49-63
• 4.2.1 软件运行环境配置50-53
• 4.2.2 文件管理53-61
• 4.2.3 USB驱动实现61-63
• 4.3 导航计算机DSP软件设计63-67
• 4.3.1 基本配置64
• 4.3.2 cmd文件编写64-66
• 4.3.3 组合算法实现66
• 4.3.4 自启动实现66-67
• 4.4 上位机监控程序设计67-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 数据采集控制系统实验与验证71-79
• 5.1 系统车载实验71-74
• 5.1.1 实验描述71-72
• 5.1.2 实验验证72-74
• 5.2 系统机载实验74-78
• 5.2.1 实验描述74-75
• 5.2.2 实验验证75-78
• 5.3 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 本文总结79-80
• 6.2 研究展望80-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-86

【参考文献】

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本文编号：1041411