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《西北工业大学》 2001年
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微型智能磁航向系统研究

刘诗斌  
【摘要】: 磁航向系统又称磁罗盘,是一种利用地球磁场测量方向的装置。无人 机技术的发展对磁航向测量提出了很高的要求。已有的磁航向测量系统面 临的体积、重量、功耗偏大和调试、误差补偿试验复杂、费用高的问题亟 待解决。本文从微型化、智能化和国产化角度研究磁航向系统,内容涉及 材料、电磁学、计算机、微电子、传感器、试验技术和工程应用等方面, 是解决目前磁航向测量面临问题的好途径。 本文的主要工作和贡献如下: 1 提出一种缩比结构的低功耗磁通门,求出了传统的等截面结构和缩比 结构磁通门最佳激励电流的理论表达式,设计并加工出所有试验用磁 通门传感器。试验结果表明,本文提出的结构可有效地降低磁通门的 功耗。该结构当测量线圈铁心截面积减小到激励线圈的40%时,激励 电流减小到原来的23%(从51.3mA减小到11.6mA);而等截面结构 以相同比例截面积减小时,激励电流只减小到原来的46%(从44.3mA 减小到20.5mA)。从目前掌握的资料看,还未见到有关这方面的研究。 2 设计了在指令级与Intel80X86系列兼容的16位嵌入式微处理器单元 MPU。分析了指令的结构,研究了数据通路和控制通路,提出了MPU的 指令译码器和运算器的结构以及微程序优化方法。较好地解决了复杂 指令集与MPU系统结构设计间的匹配问题,性能指标满足要求。 3 提出并实施了给定基准法的误差补偿试验方法,并提出了对该方法的 试验数据正确性检验方法。同时也分析指出了该方法存在的问题。 4 研究了飞机平飞时磁航向系统误差的形成过程,并把该过程描述为几 何上从圆到椭圆的变化过程,即所谓椭圆假设。提出了基于该假设的 水平状态空中自动补偿法及其3种行之有效的求解误差系数的算法, 并根据比较结果选择了最合适的算法。 5 分析了并指出了椭球面假设用于空中自动补偿时存在问题。针对该问 题,提出了椭圆解决方案及其求解误差系数的算法,还提出了根据试 验数据对地磁场垂水平分量和垂直分量的估算方法,实现了磁航向系 统在任意姿态下的空中自动补偿。这使误差补偿试验更加方便,只需 要飞机左右各盘旋一周即可完成。从目前掌握的资料看,还未见到研 究类似方法的报道。 西北工业大学博士学位论文 6 提出并设计了微型智能磁航向系统的开发调试工具—一虚拟仪表,实 现了用虚拟仪表对试验样机的开发与调试。还提出了虚拟仪表借助于 通讯系统实现远距误差补偿和故障诊断的设想。 7 提出根据不同应用要求使用不同软件,使微型智能磁航向系统形成系 列的设想,并按系列中的基本型研制了试验样。用试验样机验证了本 文研究的理论和方法,并分析证明了在硅片上实现微型智能磁航向系 统的可行性。工程化的试验样机已经在某无人机上使用,并得到用户 的好评。 本文的研究结合九五预研课题“军用MPU、MCU技术”和无人机应用需 要进行,对三维磁场测量、无人机(特别是微型无人机)的航向测量有 重要意义。研究成果还可用于其它飞行器、卫星、船舰和地面车辆等领 域。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:V241.611

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨云涛;石志勇;关贞珍;李豫泽;;一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法[J];兵工学报;2008年12期
2 邵婷婷;马建仓;胡士峰;王超;;电子罗盘的倾斜及罗差补偿算法研究[J];传感技术学报;2007年06期
3 刘昭元;刘诗斌;;基于DSP的数字磁通门传感器设计[J];传感技术学报;2009年09期
4 晁敏;蒋东方;文彩虹;;磁罗盘误差分析与校准[J];传感技术学报;2010年04期
5 李菊萍;刘诗斌;郭博;刘雨鑫;;基于四次谐波选择法的磁通门传感器分析[J];传感技术学报;2011年10期
6 冯文光;刘诗斌;李菊萍;;数字磁通门传感器的自动相位对准[J];传感技术学报;2012年02期
7 张莹;刘诗斌;刘子懿;;基于单片机的数字磁通门传感器[J];传感器与微系统;2006年07期
8 冯文光;刘诗斌;;闭环反馈式数字磁通门传感器[J];传感器与微系统;2009年09期
9 邵婷婷;马建仓;张永波;;具有倾斜补偿功能的三轴磁阻电子罗盘研制[J];电子测量技术;2008年06期
10 张韦;刘诗斌;冯文光;邓盼盼;;基于磁通门的三轴电子罗盘自动误差补偿方法[J];传感技术学报;2012年12期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 胡晓明;用于增强现实的姿态测量系统及其校正技术研究[D];北京理工大学;2006年
2 孟新宇;指令修正弹药组合测量和自装定[D];南京理工大学;2008年
3 刘育浩;适于惯性制导炸弹的捷联惯导关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 宋传军;油田定向井随钻信号检测及处理[D];东北石油大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨培科;基于SOPC的磁阻电子罗盘的设计实现及其误差补偿[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李翔;基于地磁场的水平方位角测量研究[D];桂林电子科技大学;2010年
3 沈剑蕾;AUV模型辅助的微小型自主水下导航技术研究[D];上海交通大学;2011年
4 管斌;MIMU/GPS/磁强计组合导航技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 杜卓宏;三端式磁通门传感器接口ASIC设计[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 陆鹏;惯性导航系统姿态信息校正设计[D];华中科技大学;2011年
7 李超;高精度单轴磁通门传感器的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 薛玉荣;小型磁通门传感器的设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 李蕊;单对磁极磁编码器信号处理的研究[D];沈阳工业大学;2012年
10 张毅;智能磁航向系统的研究[D];西北工业大学;2003年
【参考文献】
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7 李树国,刘诗斌,高德远,樊晓桠;存储器管理部件的研究[J];西北工业大学学报;2000年03期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 李辉;严隽薇;刘敏;李继骏;;智能客服系统中调度器的设计与实现[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
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9 张琳;辛永平;范文新;刘海峰;;基于排队论的防空通信系统性能优化分析[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
10 于冰;朱桂芹;潘明海;王小宁;;雷达目标模拟器自动化测试系统的研究与实现[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王淑珍;基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究[D];华中科技大学;2010年
3 单征;基于分层架构的网络处理器系统性能分析方法研究[D];解放军信息工程大学;2007年
4 赵志超;导弹防御雷达网数据融合技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
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8 张月义;质量损失函数与测量系统校准研究[D];南京理工大学;2010年
9 王广斌;基于流形学习的旋转机械故障诊断方法研究[D];中南大学;2010年
10 林广宇;基于嵌入式技术的车载图像监控系统研究[D];长安大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 衡泽超;基于ATT7022B的三相多用户电能表研究[D];山东科技大学;2010年
2 王艳春;外场测试多相机同步测试技术的研究[D];长春理工大学;2010年
3 陈军;测量不确定度在基础实验中的应用研究[D];山东农业大学;2010年
4 杨培科;基于SOPC的磁阻电子罗盘的设计实现及其误差补偿[D];哈尔滨工程大学;2010年
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8 朱留军;车辆导航系统中GPS/DR/MM组合定位技术的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 王福国;晓南矸石山自燃喷爆灾害防治与预测研究[D];辽宁工程技术大学;2008年
10 郑东学;天津港集装箱码头闸口通过能力研究[D];大连海事大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张剑;李大卫;;基于粒子群优化和两性二倍体的遗传算法及其应用[J];鞍山科技大学学报;2006年04期
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7 战延谋;王卓柱;陈明;徐长根;;基于HMC1022磁引信的信号采集模块设计[J];兵工自动化;2007年12期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李栋;贾润;刘剑锋;;基于UKF的GPS/MIMU组合导航滤波算法研究[A];2008年船舶通信导航学术年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 钱勇;高精度三轴稳定卫星姿态确定和控制系统研究[D];西北工业大学;2002年
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9 练军想;捷联惯导动基座对准新方法及导航误差抑制技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
10 谭红力;航弹族低成本捷联惯导系统关键技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高音;磁通门罗盘的研究[D];大连海事大学;2000年
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5 罗杰;模块化智能磁航向系统的研究[D];南京航空航天大学;2003年
6 赵彦晓;压力传感器的热零点漂移补偿与非线性修正[D];河北工业大学;2003年
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8 谭红力;机载武器INS/GPS组合导航系统动基座初始对准方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
9 张毅;智能磁航向系统的研究[D];西北工业大学;2003年
10 许向华;两栖作战车定位定向系统应用研究[D];苏州大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨云涛;石志勇;吕建刚;关贞珍;;A Magnetic Disturbance Compensation Method Based on Magnetic Dipole Magnetic Field Distributing Theory[J];Journal of China Ordnance;2009年03期
2 李豫泽;石志勇;杨云涛;;地磁辅助惯性导航匹配算法研究[J];兵工自动化;2008年06期
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4 杨云涛;石志勇;关贞珍;李豫泽;;一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法[J];兵工学报;2008年12期
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中国重要会议论文全文数据库 前6条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【相似文献】
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6 温祖旭;磁通门式电子罗盘的设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
7 季强;基于PCI总线的地磁信号采集及处理系统[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 王钧钧;数字微弱磁场传感器的设计[D];电子科技大学;2007年
9 刘丽敏;磁通门张量的结构设计、误差分析及水下目标探测[D];吉林大学;2012年
10 陈学力;船用数字磁航向系统的设计与实现[D];大连理工大学;2009年
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