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基于DSP导航计算机的捷联航姿系统研究和实现

宋国安  
【摘要】:捷联惯性航姿系统(AHRS)是一种重要的机载设备,它与飞机的飞行安全有着直接的关系。小型化、低成本、高精度和高可靠性是AHRS主要发展方向。DSP等新型的电子技术为系统的小型化提供前提条件。本文利用DSP技术研制小型化机载光纤陀螺AHRS,围绕如何提高系统精度和小型化进行软硬件各方面的研究,取得较为满意的成果,具有较重要的军事应用和工程参考价值。 针对捷联航姿的处理能力、体积、功耗和通用性的要求,设计基于DSP的导航计算机系统。该计算机选用TI公司TMS320C6713DSP为处理器,选用CPLD辅助实现逻辑控制,扩展存储模块、外围数字接口和通用I/O端口,实现数据信息实时传输、控制信号实时输出、状态信号实时检测、捷联惯性导航解算和滤波等功能。 根据系统的性能要求,深入研究捷联航姿系统的核心算法。围绕如何有效提高捷联航姿系统的精度深入研究内阻尼卡尔曼滤波算法,通过对算法进行数学推导、误差分析、仿真验证和实验测试,验证内阻尼卡尔曼滤波算法可以有效抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,避免姿态漂移。捷联解算得到的航向误差会随时间积累发散,无法满足系统精度要求,引入磁传感器,但是磁航向精度不是很理想,因此深入研究磁航向误修正算法和补偿算法,并提出磁航向自适应二阶修正算法,实验验证该算法具有很强的灵活性和工程应用价值。 在航姿系统核心算法的研究基础上,设计系统软件,并且对软件代码进行标准化。设计捷联解算、内阻尼卡尔曼滤波和磁航向修正和补偿软件模块。根据系统的安全性和可靠性要求设计BIT软件模块,按照软件编码规范对软件代码进行标准化。最终使系统软件达到高精度和高可靠性。 在软硬件研究的基础上,设计和搭建捷联航姿系统,并对系统性能和精度进行考核。成功设计和实现捷联航姿系统,对系统做大量的静态试验、定位试验、动态试验、高低温试验和振动试验等,解决系统试验中的工程问题。试验结果表明捷联航姿系统精度较高、性能稳定可靠。


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