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微惯性测量组合的计算机辅助设计研究

徐苛杰  
【摘要】:20世纪80年代后期,人们开始采用微电子机械加工技术制造各种微型传感 器和微机电系统(MEMS),微机械惯性敏感器是其中之一,它是集微型精密机 械、微电子、半导体集成电路工艺等新技术于一身的前沿新技术。采用微机械 惯性敏感器的微惯性测量组合使得惯性仪表小型化和微型化技术产生了一次新 的飞跃。微惯性测量组合具有军民两用的特点,具有极其广泛的应用前景。尤 其是在军事上,微惯性测量组合技术是常规兵器制导化、战术制导武器小型化 的关键技术之一,在未来战争中有非常重要的作用,各国都在加强其研究力度。 而研究如何提高研制微惯性测量组合的效率,如何缩短从研制到生产应用的周 期也是非常有意义的一项工作。 本文立足于国内对微惯性测量组合技术的研究现状,在EDA、虚拟仪器、 系统仿真等新兴技术的基础上,重点研究了基于FPGA/CPLD的微惯性测量组 合的电路设计、测试系统设计和仿真系统设计,并从提高研制微惯性测量组合 的效率,缩短从研制到生产应用的周期的角度,结合工程实践研究了计算机在 微惯性测量组合研制中的重要作用,提出了“基于FPGA/CPLD的微惯性测量 组合计算机辅助设计系统”的设计方案和实现方法。 本文重点阐述实现“基于FPGA/CPLD的微惯性测量组合计算机辅助设计系 统”的关键技术,按照以下的顺序逐渐展开: 1、 基于FPGA/CPLD的硬件电路设计。包括了时钟电路、AD采样电路、 微惯性器件的校零和补偿电路、数字积分电路和串口输出电路: 2、 计算机测试系统的设计。包括了串口通信技术、多线程技术、数据库技 术和混合编程技术: 3、 微机械陀螺的校零和补偿技术。本文根据大量的实验数据提出了一种动 态校零算法用于解决微惯性测量组合的快速启动问题和温度补偿问题, 对失准角校正和与g有关项的补偿技术进行了讨论。 4、 测试系统和仿真系统整合以及从软件到硬件的辅助设计综合技术。本文 给出了解决其中主要问题的技术和方法。 论文中设计和实现的硬件电路、测试系统、微机械陀螺的校零和补偿方法在 工程样机中得到了应用,并在实际打靶实验中取得了良好的效果。


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