本文關(guān)鍵詞：基于DSP的高速飛行體姿態(tài)測(cè)量技術(shù)研究

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【摘要】：運(yùn)載體的導(dǎo)航與制導(dǎo)設(shè)備完成對(duì)其姿態(tài)和位置的控制，姿態(tài)測(cè)量為姿態(tài)控制提供必要的姿態(tài)信息。高速飛行體動(dòng)態(tài)響應(yīng)大，對(duì)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求更高。導(dǎo)航計(jì)算機(jī)作為姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的核心部件，既要完成對(duì)慣性傳感器的原始數(shù)據(jù)采集，更為重要的是高效快速地完成解算姿態(tài)信息并輸出。DSP芯片，即數(shù)字信號(hào)處理芯片，區(qū)別與其他的CPU，在數(shù)字信號(hào)處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，成為近兩年導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的主要組成部分。 本文選用TI公司的32位浮點(diǎn)型DSP芯片TMS320F28335，與其外圍電路構(gòu)成導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，對(duì)MEMS-IMU的加速度和角速度值進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、解算和輸出，設(shè)計(jì)了一種小型化、高可靠性的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。 本文的研究內(nèi)容主要有： 1）充分了解了國內(nèi)外導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)高速飛行體提出了使用DSP做為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)； 2）研究了捷聯(lián)慣導(dǎo)的測(cè)姿原理。在明確測(cè)姿過程中幾個(gè)常用坐標(biāo)系即其變換后，，介紹并比較了幾種常用的姿態(tài)解算方法，最后選擇了四元數(shù)法。 3）設(shè)計(jì)了基于DSP TMS320F28335的高速飛行體姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，搭建了以F28335為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，MEMS-IMU為慣性傳感器的硬件平臺(tái)并完成了硬件原理圖和PCB板的繪制；完成了硬件調(diào)試工作，編寫了姿態(tài)解算程序。 4）為了解決測(cè)姿系統(tǒng)隨高速運(yùn)動(dòng)飛行體行進(jìn)過程中，可能經(jīng)受高過載環(huán)境而導(dǎo)致的失效問題，本文了從硬件和工藝兩方面進(jìn)行了系統(tǒng)抗高過載設(shè)計(jì)，并通過有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行了瞬態(tài)沖擊仿真，最后通過20000g馬歇特錘實(shí)驗(yàn)和三維轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了抗高過載方案的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：姿態(tài)測(cè)量 導(dǎo)航計(jì)算機(jī) DSP 抗高過載
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V249
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 論文研究背景及意義10
• 1.2 相關(guān)技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 MEMS-IMU 的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 DSP 應(yīng)用于姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.2.4 彈載系統(tǒng)抗高過載國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.3 論文內(nèi)容安排18-19
• 2 MEMS-IMU 姿態(tài)參數(shù)測(cè)量原理19-36
• 2.1 慣性導(dǎo)航中的地球模型和坐標(biāo)系19-24
• 2.1.1 地球的形狀和曲率半徑19
• 2.1.2 慣導(dǎo)常用坐標(biāo)系19-20
• 2.1.3 坐標(biāo)系之間的變換20-24
• 2.2 坐標(biāo)變換常用算法介紹24-29
• 2.2.1 歐拉角法24-25
• 2.2.2 方向余弦法25-26
• 2.2.3 四元數(shù)法26-27
• 2.2.4 等效旋轉(zhuǎn)矢量法27-28
• 2.2.5 幾種算法的比較28-29
• 2.3 姿態(tài)測(cè)量算法介紹29-34
• 2.3.1 初始狀態(tài)的獲取30
• 2.3.2 姿態(tài)矩陣的更新30-32
• 2.3.3 速度的更新32-33
• 2.3.4 位置矩陣的更新33-34
• 2.4 系統(tǒng)誤差分析34
• 2.5 本章總結(jié)34-36
• 3 基于 DSP 的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-54
• 3.1 硬件設(shè)計(jì)36-46
• 3.1.1 MEMS-IMU36-39
• 3.1.2 電平轉(zhuǎn)換單元39-41
• 3.1.3 DSP 解算單元41-44
• 3.1.4 電源模塊44-46
• 3.1.5 接口單元46
• 3.2 軟件設(shè)計(jì)46-53
• 3.2.1 CCS 程序編譯環(huán)境介紹47-48
• 3.2.2 系統(tǒng)初始化48-51
• 3.2.3 姿態(tài)解算51-53
• 3.3 本章小結(jié)53-54
• 4 測(cè)姿系統(tǒng)抗高過載方法研究54-64
• 4.1 測(cè)姿系統(tǒng)高過載環(huán)境下的受力和失效分析54-55
• 4.1.1 高過載條件下微電子器件的受力形式54
• 4.1.2 高過載條件下微電子器件的失效分析54-55
• 4.2 提高測(cè)姿系統(tǒng)抗高過載方法55-63
• 4.2.1 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提高抗高過載能力55
• 4.2.2 采用全貼片器件和電路封裝實(shí)現(xiàn)抗高過載55
• 4.2.3 元器件的加固實(shí)現(xiàn)抗高過載55-56
• 4.2.4 供電電路的抗高過載設(shè)計(jì)56-59
• 4.2.5 DSP 外部時(shí)鐘電路的抗高過載設(shè)計(jì)59-61
• 4.2.6 整體灌封實(shí)現(xiàn)抗高過載61-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 5 抗高過載仿真和實(shí)驗(yàn)分析64-73
• 5.1 ANSYS 有限元的抗高過載仿真64-69
• 5.1.1 建立模型64-66
• 5.1.2 瞬態(tài)沖擊分析66-69
• 5.2 馬歇特錘和三維轉(zhuǎn)臺(tái)抗高過載驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)69-72
• 5.2.1 馬歇特錘實(shí)驗(yàn)69-70
• 5.2.2 三軸轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)70-72
• 5.3 本章小結(jié)72-73
• 6 總結(jié)與展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果78-79
• 致謝79-80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：864494