本文關(guān)鍵詞：基于FPGA和DSP的組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 組合導(dǎo)航 UKF 漸消因子 FPGA/DSP SINS/GPS/地磁

【摘要】：隨著軍用技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展,航天、航海和車輛導(dǎo)航對導(dǎo)航精度的要求要來越高。本文主要分析了地磁輔助下的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的組合導(dǎo)航,該組合導(dǎo)航系統(tǒng)采用改進(jìn)的卡爾曼濾波算法完成對組合導(dǎo)航信息的融合,以得到高精度的導(dǎo)航信息。首先,本文分別對捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行了分析,并確定本系統(tǒng)采用速度、位置的組合方式。在GPS信號失鎖時,用地磁來輔助導(dǎo)航以提高導(dǎo)航的精度,并推導(dǎo)出了地磁輔助下的SINS和GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和觀測方程。本文采用帶漸消矩陣的UKF濾波算法來減小對陳舊信息的依賴程度,由仿真結(jié)果表明該算法在導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合方面明顯降低了模型誤差,提到了組合導(dǎo)航精度。其次,本文研究了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn),設(shè)計了基于FPGA和DSP的導(dǎo)航硬件平臺,完成了系統(tǒng)電路設(shè)計、電路板布線及系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試。開發(fā)過程中考慮到系統(tǒng)傳感器接口的多樣性,數(shù)據(jù)采集電路核心芯片采用接口靈活的FPGA;為了滿足系統(tǒng)實(shí)時性和高速度的數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理的核心芯片采用高速的DSP來實(shí)現(xiàn)。最后,對組合導(dǎo)航樣機(jī)進(jìn)行了轉(zhuǎn)臺和車載試驗。實(shí)驗結(jié)果表明,基于FPGA和DSP的組合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的基本功能,提高了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度、計算速度和穩(wěn)定性,體現(xiàn)出高性能FPGA和DSP在組合導(dǎo)航應(yīng)用中的巨大優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：組合導(dǎo)航 UKF 漸消因子 FPGA/DSP SINS/GPS/地磁
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN967.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 課題的背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排14-15
• 第2章 SINS/GPS組合導(dǎo)航原理15-31
• 2.1 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)15-24
• 2.1.1 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航原理15-20
• 2.1.2 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航誤差分析20-24
• 2.2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)24-28
• 2.2.1 GPS定位原理24-26
• 2.2.2 GPS定位誤差分析26-28
• 2.3 組合方式28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)卡爾曼濾波方法研究31-46
• 3.1 卡爾曼濾波算法31-33
• 3.1.1 卡爾曼濾波的原理31-32
• 3.1.2 初始條件對卡爾曼濾波精度的影響32
• 3.1.3 噪聲協(xié)方差陣對卡爾曼濾波精度的影響32-33
• 3.2 組合導(dǎo)航系統(tǒng)建模33-35
• 3.2.1 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程33-34
• 3.2.2 組合導(dǎo)航系統(tǒng)的量測方程34-35
• 3.2.3 系統(tǒng)方程的離散化35
• 3.3 UKF濾波算法35-38
• 3.3.1 UT變換35-36
• 3.3.2 UKF算法流程36-38
• 3.4 帶漸消矩陣的UKF算法38-43
• 3.4.1 漸消矩陣的分析與計算38-40
• 3.4.2 帶漸消矩陣的UKF在實(shí)際應(yīng)用中的問題40-42
• 3.4.3 帶漸消矩陣的UKF在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用42-43
• 3.5 數(shù)據(jù)處理與對比分析43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件電路46-67
• 4.1 硬件系統(tǒng)需求與整體方案46-47
• 4.1.1 系統(tǒng)的需求分析46-47
• 4.1.2 硬件系統(tǒng)的整體方案47
• 4.2 系統(tǒng)電源電路47-49
• 4.2.1 系統(tǒng)的電源需求47-48
• 4.2.2 系統(tǒng)電源方案設(shè)計48-49
• 4.3 數(shù)據(jù)采集電路49-60
• 4.3.1 FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及配置電路50-53
• 4.3.2 FPGA的底層軟件設(shè)計53-58
• 4.3.3 傳感器電路58-60
• 4.4 數(shù)據(jù)處理電路60-64
• 4.4.1 DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及配置電路60-62
• 4.4.2 DSP的底層軟件設(shè)計62-64
• 4.5 FPGA與DSP通信接口設(shè)計64-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第5章 試驗與結(jié)果分析67-74
• 5.1 慣性器件的轉(zhuǎn)臺實(shí)驗67-71
• 5.1.1 靜態(tài)試驗67-69
• 5.1.2 動態(tài)試驗69-71
• 5.2 組合導(dǎo)航系統(tǒng)車載實(shí)驗71-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果80-81
• 致謝81

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2 高社生,鄒維寶,任思聰;INS/SAR/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的分散估計融合算法[J];彈箭與制導(dǎo)學(xué)報;2000年04期

3 肖立新;一種組合導(dǎo)航系統(tǒng)的探討[J];電訊技術(shù);2001年05期

4 黃曉瑞,崔平遠(yuǎn),崔祜濤;多傳感器信息融合技術(shù)及其在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];高技術(shù)通訊;2002年02期

5 高社生,周濤;INS/SAR/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的信息融合算法研究[J];航空電子技術(shù);2002年01期

6 賈建芳,郭圣權(quán);軍用車載簡易捷聯(lián)慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[J];微計算機(jī)信息;2002年07期

7 李學(xué)聰,萬頻,李敏,宋亞男,李軍;基于組合導(dǎo)航系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)故障檢測與容錯技術(shù)研究[J];計算技術(shù)與自動化;2005年02期

8 黎玉剛,張英敏,付強(qiáng)文;雙口RAM在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2005年09期

9 張雪;周百令;黃麗斌;;MINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的選星算法[J];艦船電子工程;2006年01期

10 徐景碩;王維江;高揚(yáng);;容錯多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展綜述[J];航空電子技術(shù);2006年03期

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1 蔡體菁;劉瑩;劉勇;宋軍;;基于微機(jī)械陀螺的IMU/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)[A];第七屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

2 周磊;劉瑞華;;低成本IMU/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的仿真方法[A];全國第二屆嵌入式技術(shù)聯(lián)合學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

3 陳帥;韓宇;曹飛;管雪元;高玉霞;;機(jī)載多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會B卷[C];2011年

4 李圣明;王兆瑞;胡超;侯金爽;王曉嵐;;組合導(dǎo)航系統(tǒng)中多源信息動態(tài)加權(quán)融合算法仿真[A];第四屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會論文集-S9 組合導(dǎo)航與導(dǎo)航新方法[C];2013年

5 張亞崇;;容錯導(dǎo)航技術(shù)及其在INS/GPS/Doppler組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[A];第二十七屆中國控制會議論文集[C];2008年

6 賈建芳;;低成本MIMU/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的序貫濾波技術(shù)[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會A卷[C];2011年

7 程力;蔡體菁;;一種新的慣性／重力匹配組合導(dǎo)航系統(tǒng)的匹配算法[A];全國自動化新技術(shù)學(xué)術(shù)交流會會議論文集（一）[C];2005年

8 王呈昊;李剛;;INS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

9 沈鵬;張宏銘;;基于小波分析的組合導(dǎo)航系統(tǒng)故障檢測方法研究[A];2009全國虛擬儀器大會論文集（二）[C];2009年

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1 白陽;六一八所交付首套組合導(dǎo)航系統(tǒng)[N];中國航空報;2000年

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1 徐振凱;基于車載的GPS/INS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2015年

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3 肖乾;多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2005年

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9 張景偉;INS/GPS/SAR組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵問題研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

10 張濤;GPS/SINS超緊密組合導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

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1 倪靜靜;INS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能評估平臺的開發(fā)[D];上海交通大學(xué);2007年

2 王敏;組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能評估與試驗設(shè)計[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

3 徐九龍;捷聯(lián)慣導(dǎo)/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)非線性濾波研究[D];沈陽理工大學(xué);2015年

4 侯振環(huán);基于MEMS慣性器件的SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 鄧力;車輛組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的信息融合技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

6 張劍鋒;基于松耦合方式的低成本GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2014年

7 張建龍;應(yīng)用于機(jī)載SAR運(yùn)動補(bǔ)償?shù)慕M合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計[D];中國科學(xué)院大學(xué)(工程管理與信息技術(shù)學(xué)院);2015年

8 王曉飛;艦載機(jī)慣性/組合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)字仿真器設(shè)計[D];南昌航空大學(xué);2015年

9 付晨;多傳感器融合導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

10 吳麗麗;基于DSP的低成本導(dǎo)航系統(tǒng)的程序設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];西安工業(yè)大學(xué);2013年

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