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组合式航向系统关键技术研究

王璐  
【摘要】:数字磁罗盘因其机构中没有可动部件,具有良好的抗冲击性,且结构简单、体积小、重量轻、启动快、成本低等优点,近年来受到人们的广泛重视。如何补偿外界干扰磁场造成的罗差是数字磁罗盘的主要研究内容。本文在对前人提出的罗差补偿算法研究的基础上,设计了一个由数字磁罗盘和陀螺仪组成的组合式航向系统。并在该系统上,实现了一种基于卡尔曼滤波算法的实时罗差补偿方法,完成了组合式航向系统的调试与实验。论文主要内容如下: 1、在对数字磁罗盘和陀螺仪航向测量原理研究的基础上,推导出航向角计算公式。 2、介绍了组合式航向系统的硬件设计。给出了硬件总体方案,详细介绍磁阻传感器的置位/复位脉冲电路、加速度计外围电路、陀螺接口电路以及TTL电平与RS-232电平间转换电路的设计。 3、分析了各传感器自身存在的误差,针对非正交、零位及标度因数等误差提出了相应的补偿方案;分析了罗差形成的原因;建立了罗差方程和组合式航向系统的卡尔曼滤波方程;在给出系统软件整体框架的基础上,编程实现了系统的数据采集、串口通信、航向计算以及卡尔曼滤波算法。 实验结果表明:该组合式航向系统能够准确地在线估计出罗差系数,且通过罗差系数的实时补偿,系统的航向角误差均方差为0.8854度,与补偿前的3.0589度相比,精度提高了3倍多,因此该系统具有一定的实用价值。


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