【摘要】：大型艦船上搭載的慣性測量單元為各種艦載設(shè)備提供高精度的位置運動參數(shù)。但由于船體形變的存在使得艦船坐標基準失調(diào),空間信息共享性降低,協(xié)同作戰(zhàn)誤差變大。為提高軍用艦船武器裝備作戰(zhàn)性能,精確測量船體變形角至關(guān)重要。實驗室使用基于角速度匹配的卡爾曼濾波法估算船體變形角,此方法以位于艦船不同位置的慣性測量單元輸出的角速度差為觀測量建立量測方程。實際形變測量系統(tǒng)中慣性測量單元相互獨立工作而導(dǎo)致采集角速度時間上的同步性無法保證,通過仿真驗證時間同步與否會對船體變形角測量精度產(chǎn)生影響。為保證采集角速度的同步性,本文從硬件角度出發(fā)建立數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng),以北斗衛(wèi)導(dǎo)組合接收機輸出的秒脈沖信號為基準校正不同IMU內(nèi)部采集單元的觸發(fā)脈沖,主要功能實現(xiàn)單元為同步數(shù)據(jù)采集卡。首先提出一款基于CPCI總線的同步數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計方案,根據(jù)設(shè)計方案對其各部分模塊進行器件選型并完成硬件電路設(shè)計。然后利用Verilog HDL語言實現(xiàn)程序代碼的編寫工作,完成FPGA內(nèi)部時間同步模塊、串口數(shù)據(jù)接收模塊、標記和緩存模塊的程序編寫。最后根據(jù)同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能要求,利用WinDriver完成數(shù)據(jù)采集卡的CPCI總線驅(qū)動程序開發(fā)和上位機界面應(yīng)用程序開發(fā)。最后一部分設(shè)計實驗驗證數(shù)據(jù)采集卡的同步性,實驗結(jié)果表明,利用采集卡采集的數(shù)據(jù)進行變形角估算,其精度滿足要求。同步數(shù)據(jù)采集卡可以為角速度匹配算法提供可靠的數(shù)據(jù)支持,為后續(xù)船體形變算法的順利展開提供了保障。
[Abstract]:The inertial measurement unit on a large ship provides high precision position motion parameters for all kinds of shipborne equipment. However, due to ship deformation, ship coordinates are misaligned, spatial information sharing is reduced, and cooperative combat error becomes larger. In order to improve the combat performance of military warship's weapons and equipment, it is very important to measure the ship's deformation angle accurately. The Kalman filter method based on angular velocity matching is used to estimate the ship deformation angle. The measurement equation is established by using the angular velocity difference of the output of the inertial measurement unit located in different positions of the ship as the observation equation. The synchronization of acquisition angular velocity time can not be guaranteed because inertial measurement units work independently of each other in the actual deformation measurement system. It is verified by simulation that the synchronization of time will affect the accuracy of ship deformation angle measurement. In order to ensure the synchronization of the acquisition angular velocity, this paper sets up a data synchronous acquisition system from the hardware point of view, and corrects the trigger pulses of different IMU internal acquisition units based on the second pulse signal output from the Beidou Satellite Integrated receiver. The main function realization unit is synchronous data acquisition card. Firstly, a design scheme of synchronous data acquisition card based on CPCI bus is proposed. According to the design scheme, the device selection and hardware circuit design of each part of the data acquisition card are carried out. Then we use Verilog HDL language to write the program code, and complete the program of FPGA internal time synchronization module, serial port data receiving module, tag and cache module. Finally, according to the function requirement of synchronous data acquisition system, the CPCI bus driver of data acquisition card and the application program of upper computer interface are developed by using WinDriver. In the last part of the experiment, the synchronization of the data acquisition card is verified. The experimental results show that the accuracy of the data collected by the data acquisition card to estimate the deformation angle meets the requirements. The synchronous data acquisition card can provide reliable data support for angular velocity matching algorithm and provide guarantee for the subsequent ship deformation algorithm to develop smoothly.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP274.2

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本文編號：2452760