基于倾角补偿的地磁定向抗干扰技术研究
发布时间：2021-05-12 15:40
观瞄系统在多种领域应用广泛,对性能要求较高。定向平台作为观瞄系统的核心装置,对观瞄系统的高性能发挥起着至关重要的作用。定向方法作为设计定向平台的理论依据对于定向平台性能影响深刻。其中基于地磁场的定向方法因稳定性与实时性高成为定向平台设计的主要方法依据。而基于地磁定向方法设计的定向平台易受外界磁干扰产生定向误差。本课题旨在设计基于地磁定向方法的定向平台,在此基础上完成地磁定向抗干扰的技术研究。本文首先完成定向平台硬件设计,在硬件设计基础上完成嵌入式软件设计,针对定向角度误差较大的问题,完成误差补偿与抗干扰算法的技术研究,并将该技术移植至嵌入式平台,最后完成定向平台的功能测试与分析。硬件部分设计了主控基于STM32、传感器基于MPU6050与预留某款高精度磁传感器的定向平台底板与基于AD7175-8BCPZ的ADC采样子板。嵌入式软件部分针对硬件相关设计完成了定向平台初始化、传感器数据采集、数据传输与通信及误差补偿与抗干扰算法的软件实现。误差补偿与抗干扰算法部分首先介绍了基于加速度计与磁传感器数据的姿态解算算法及基于陀螺仪数据积分的姿态解算算法,之后设计了加速度计误差补偿算法与磁传感器误差...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 国内外地磁定向技术发展现状
1.2.2 国内外地磁定向平台发展现状
1.2.3 国内外研究现状综述
1.3 课题研究的主要内容
第2章 地磁定向平台硬件设计
2.1 器件选型与方案设计
2.1.1 器件选型
2.1.2 硬件设计方案
2.2 功能模块硬件设计
2.2.1 STM32最小系统设计
2.2.2 传感器功能模块设计
2.3 外围电路设计
2.3.1 供电与电压转换电路
2.3.2 通信与显示模块设计
2.4 ADC电路设计
2.4.1 基准电压产生电路
2.4.2 4-20mA电流转电压电路
2.4.3 ADC核心电路
2.4.4 电源及扩展电路
2.5 定向平台与ADC子板PCB设计
2.6 本章小结
第3章 地磁定向嵌入式软件设计
3.1 软件主流程
3.2 基本软件功能实现
3.2.1 传感器数据采集
3.2.2 数据传输通信与显示
3.3 误差补偿与姿态解算
3.3.1 加速度计误差补偿软件设计
3.3.2 磁传感器误差补偿软件设计
3.3.3 姿态解算与方向角误差补偿软件设计
3.4 本章小结
第4章 地磁定向抗干扰算法研究
4.1 抗干扰算法总体设计方案
4.2 姿态解算算法
4.2.1 基于加速度计与磁传感器数据的姿态解算
4.2.2 基于陀螺仪数据的姿态解算
4.3 传感器误差补偿与抗干扰算法
4.3.1 加速度计误差补偿
4.3.2 磁传感器误差补偿与抗干扰算法
4.4 角度误差补偿算法
4.4.1 基于单环PI控制的Mahony互补滤波算法
4.4.2 基于扩展卡尔曼滤波的角度误差补偿算法
4.5 本章小结
第5章 功能测试与分析
5.1 地磁定向平台硬件测试
5.2 地磁定向平台软件测试
5.3 地磁定向抗干扰算法测试
5.3.1 加速度计误差补偿算法测试
5.3.2 磁传感器误差补偿算法测试
5.3.3 互补滤波角度补偿算法测试
5.3.4 角度误差测试
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]互补滤波和卡尔曼滤波的融合姿态解算方法[J]. 张栋,焦嵩鸣,刘延泉. 传感器与微系统. 2017(03)
[2]惯性导航技术浅析[J]. 董进武. 仪表技术. 2017(01)
[3]地磁导航关键技术研究进展综述[J]. 陈卓,田风勋,孙建军. 测绘与空间地理信息. 2016(01)
[4]基于STM32的四旋翼飞行器的姿态最优估计研究[J]. 何川,李智,王勇军. 电子技术应用. 2015(12)
[5]陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法[J]. 甘雨,隋立芬,戚国宾,张鹤. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(03)
[6]弱磁传感器电子罗盘的软硬磁干扰的矫正[J]. 严鹏飞. 电子制作. 2015(02)
[7]单兵综合观瞄仪中的一种目标位置解算方法[J]. 张琬琳,胡正良,朱建军,林小娟,尹剑,杨萌. 电子测量技术. 2014(11)
[8]基于模糊-比例积分偏差修正的多旋翼飞行器姿态测算系统[J]. 廖懿华,张铁民,廖贻泳. 农业工程学报. 2014(20)
[9]2005-2010年中国地磁测量与地磁场模型的应用[J]. 徐如刚,顾左文,黎哲君,谈昕,张毅,王雷,袁洁浩,翟洪涛,辛长江,苏树鹏. 地球物理学进展. 2014(05)
[10]基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿[J]. 刘艳霞,方建军,杨清梅. 传感器与微系统. 2014(06)
博士论文
[1]基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D]. 陈伟.中国科学技术大学 2010
[2]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于偏振光辅助定向的车辆自主式导航方法研究[D]. 王吉旭.南昌大学 2015
[2]基于弱磁传感器的电子罗盘设计及干扰补偿算法研究[D]. 严鹏飞.电子科技大学 2015
[3]四旋翼无人机飞控系统设计与研究[D]. 陈新泉.南昌航空大学 2014
[4]具有自补偿功能的双坐标系磁阻式电子罗盘的设计[D]. 刘晓棠.南京理工大学 2013
[5]MIMU/GPS/磁力计单兵系统组合导航技术研究[D]. 刘峰丽.哈尔滨工程大学 2013
[6]空天飞行器惯性/天文组合导航技术研究[D]. 张承.南京航空航天大学 2012
[7]恒定磁场环境下飞行器磁干扰的数值分析[D]. 周佳.河北工业大学 2011
[8]三维磁阻式电子罗盘的设计与实现[D]. 郜莉.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3183676
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 国内外地磁定向技术发展现状
1.2.2 国内外地磁定向平台发展现状
1.2.3 国内外研究现状综述
1.3 课题研究的主要内容
第2章 地磁定向平台硬件设计
2.1 器件选型与方案设计
2.1.1 器件选型
2.1.2 硬件设计方案
2.2 功能模块硬件设计
2.2.1 STM32最小系统设计
2.2.2 传感器功能模块设计
2.3 外围电路设计
2.3.1 供电与电压转换电路
2.3.2 通信与显示模块设计
2.4 ADC电路设计
2.4.1 基准电压产生电路
2.4.2 4-20mA电流转电压电路
2.4.3 ADC核心电路
2.4.4 电源及扩展电路
2.5 定向平台与ADC子板PCB设计
2.6 本章小结
第3章 地磁定向嵌入式软件设计
3.1 软件主流程
3.2 基本软件功能实现
3.2.1 传感器数据采集
3.2.2 数据传输通信与显示
3.3 误差补偿与姿态解算
3.3.1 加速度计误差补偿软件设计
3.3.2 磁传感器误差补偿软件设计
3.3.3 姿态解算与方向角误差补偿软件设计
3.4 本章小结
第4章 地磁定向抗干扰算法研究
4.1 抗干扰算法总体设计方案
4.2 姿态解算算法
4.2.1 基于加速度计与磁传感器数据的姿态解算
4.2.2 基于陀螺仪数据的姿态解算
4.3 传感器误差补偿与抗干扰算法
4.3.1 加速度计误差补偿
4.3.2 磁传感器误差补偿与抗干扰算法
4.4 角度误差补偿算法
4.4.1 基于单环PI控制的Mahony互补滤波算法
4.4.2 基于扩展卡尔曼滤波的角度误差补偿算法
4.5 本章小结
第5章 功能测试与分析
5.1 地磁定向平台硬件测试
5.2 地磁定向平台软件测试
5.3 地磁定向抗干扰算法测试
5.3.1 加速度计误差补偿算法测试
5.3.2 磁传感器误差补偿算法测试
5.3.3 互补滤波角度补偿算法测试
5.3.4 角度误差测试
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]互补滤波和卡尔曼滤波的融合姿态解算方法[J]. 张栋,焦嵩鸣,刘延泉. 传感器与微系统. 2017(03)
[2]惯性导航技术浅析[J]. 董进武. 仪表技术. 2017(01)
[3]地磁导航关键技术研究进展综述[J]. 陈卓,田风勋,孙建军. 测绘与空间地理信息. 2016(01)
[4]基于STM32的四旋翼飞行器的姿态最优估计研究[J]. 何川,李智,王勇军. 电子技术应用. 2015(12)
[5]陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法[J]. 甘雨,隋立芬,戚国宾,张鹤. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(03)
[6]弱磁传感器电子罗盘的软硬磁干扰的矫正[J]. 严鹏飞. 电子制作. 2015(02)
[7]单兵综合观瞄仪中的一种目标位置解算方法[J]. 张琬琳,胡正良,朱建军,林小娟,尹剑,杨萌. 电子测量技术. 2014(11)
[8]基于模糊-比例积分偏差修正的多旋翼飞行器姿态测算系统[J]. 廖懿华,张铁民,廖贻泳. 农业工程学报. 2014(20)
[9]2005-2010年中国地磁测量与地磁场模型的应用[J]. 徐如刚,顾左文,黎哲君,谈昕,张毅,王雷,袁洁浩,翟洪涛,辛长江,苏树鹏. 地球物理学进展. 2014(05)
[10]基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿[J]. 刘艳霞,方建军,杨清梅. 传感器与微系统. 2014(06)
博士论文
[1]基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D]. 陈伟.中国科学技术大学 2010
[2]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]基于偏振光辅助定向的车辆自主式导航方法研究[D]. 王吉旭.南昌大学 2015
[2]基于弱磁传感器的电子罗盘设计及干扰补偿算法研究[D]. 严鹏飞.电子科技大学 2015
[3]四旋翼无人机飞控系统设计与研究[D]. 陈新泉.南昌航空大学 2014
[4]具有自补偿功能的双坐标系磁阻式电子罗盘的设计[D]. 刘晓棠.南京理工大学 2013
[5]MIMU/GPS/磁力计单兵系统组合导航技术研究[D]. 刘峰丽.哈尔滨工程大学 2013
[6]空天飞行器惯性/天文组合导航技术研究[D]. 张承.南京航空航天大学 2012
[7]恒定磁场环境下飞行器磁干扰的数值分析[D]. 周佳.河北工业大学 2011
[8]三维磁阻式电子罗盘的设计与实现[D]. 郜莉.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3183676
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3183676.html
