發(fā)布時間：2017-10-10 23:30

  本文關鍵詞：基于FPGA和DSP的組合導航系統(tǒng)研究

  更多相關文章： 組合導航 UKF 漸消因子 FPGA/DSP SINS/GPS/地磁

【摘要】：隨著軍用技術和現代工業(yè)技術發(fā)展,航天、航海和車輛導航對導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)慣性導航系統(tǒng)(SINS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的組合導航,該組合導航系統(tǒng)采用改進的卡爾曼濾波算法完成對組合導航信息的融合,以得到高精度的導航信息。首先,本文分別對捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)進行了分析,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,用地磁來輔助導航以提高導航的精度,并推導出了地磁輔助下的SINS和GPS組合導航系統(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,由仿真結果表明該算法在導航數據融合方面明顯降低了模型誤差,提到了組合導航精度。其次,本文研究了組合導航系統(tǒng)的工程實現,設計了基于FPGA和DSP的導航硬件平臺,完成了系統(tǒng)電路設計、電路板布線及系統(tǒng)的軟硬件調試。開發(fā)過程中考慮到系統(tǒng)傳感器接口的多樣性,數據采集電路核心芯片采用接口靈活的FPGA;為了滿足系統(tǒng)實時性和高速度的數據處理,數據處理的核心芯片采用高速的DSP來實現。最后,對組合導航樣機進行了轉臺和車載試驗。實驗結果表明,基于FPGA和DSP的組合導航系統(tǒng)實現了系統(tǒng)的基本功能,提高了組合導航系統(tǒng)的精度、計算速度和穩(wěn)定性,體現出高性能FPGA和DSP在組合導航應用中的巨大優(yōu)勢。
【關鍵詞】：組合導航 UKF 漸消因子 FPGA/DSP SINS/GPS/地磁
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 國內外研究與發(fā)展現狀12-14
• 1.3 論文主要內容及章節(jié)安排14-15
• 第2章 SINS/GPS組合導航原理15-31
• 2.1 捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)15-24
• 2.1.1 捷聯(lián)慣性導航原理15-20
• 2.1.2 捷聯(lián)慣性導航誤差分析20-24
• 2.2 GPS導航系統(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30-31
• 第3章 SINS/GPS組合導航系統(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 組合導航系統(tǒng)建模33-35
• 3.2.1 組合導航系統(tǒng)的狀態(tài)方程33-34
• 3.2.2 組合導航系統(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在實際應用中的問題40-42
• 3.4.3 帶漸消矩陣的UKF在組合導航系統(tǒng)中的應用42-43
• 3.5 數據處理與對比分析43-45
• 3.6 本章小結45-46
• 第4章 SINS/GPS組合導航系統(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)電源方案設計48-49
• 4.3 數據采集電路49-60
• 4.3.1 FPGA的結構特點及配置電路50-53
• 4.3.2 FPGA的底層軟件設計53-58
• 4.3.3 傳感器電路58-60
• 4.4 數據處理電路60-64
• 4.4.1 DSP的結構特點及配置電路60-62
• 4.4.2 DSP的底層軟件設計62-64
• 4.5 FPGA與DSP通信接口設計64-66
• 4.6 本章小結66-67
• 第5章 試驗與結果分析67-74
• 5.1 慣性器件的轉臺實驗67-71
• 5.1.1 靜態(tài)試驗67-69
• 5.1.2 動態(tài)試驗69-71
• 5.2 組合導航系統(tǒng)車載實驗71-73
• 5.3 本章小結73-74
• 結論74-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果80-81
• 致謝81

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