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基于ARM的弹载组合导航计算机系统的设计与研究

2020-11-29阅读(808)

基于ARM的弹载组合导航计算机系统的设计与研究

论文摘要

弹载导航计算机是导弹制导与控制系统的核心装置,其性能的好坏,直接关系到精确制导导弹的精度和杀伤目标的概率。随着导航技术向着多传感器、多信息融合的方向发展,弹载导航计算机也向着小型化、高性能、高可靠性的方向发展。基于ARM的嵌入式系统以其自身资源丰富、体积小、功耗低、价格低廉等优点,在导弹制导和控制系统应用领域可以表现出良好的应用条件和前景。MIMU/GPS组合导航系统克服了MIMU导航系统的误差随时间积累的缺点和GPS系统固有的局限性;并有效地利用了MIMU和GPS各自的优点,进行系统间的取长补短。这种组合导航系统能有效地减小系统误差,提高系统精度,降低导航系统成本。本文主要作了以下几方面的工作:首先,介绍了MIMU/GPS组合导航系统和组合导航计算机的一些背景知识。其次,介绍了MIMU导航系统的工作原理和导航解算的方法;分析研究了MIMU导航系统的特点,并给出了MIMU导航系统的数学模型和误差模型。简要地分析了MIMU/GPS组合导航技术,给出了位置/速度组合的状态方程和量测方程并对其进行离散化。确定了组合系统的校正方法,研究了卡尔曼滤波算法在MIMU/GPS组合导航中的应用,给出了卡尔曼滤波器的设计。再次,对组合导航系统进行了仿真实验。给出了MIMU/GPS组合导航系统在MATLAB/SIMULINK中的仿真模型,对组合导航系统进行了仿真,给出了仿真数据和导航参数的误差曲线,并对仿真结果进行了分析。最后,设计以ARM920T内核的S3C2410A芯片和CycloneⅡ系列FPGA为硬件系统核心的MIMU/GPS组合导航系统,给出了系统的软、硬件的模块化设计。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 MIMU及其发展概况
  • 1.3 MIMU/GPS组合导航
  • 1.4 组合导航计算机的发展
  • 1.5 论文的主要研究工作和组织安排
  • 第2章 MIMU导航系统
  • 2.1 MIMU导航系统构成与导航工作原理
  • 2.2 MIMU导航系统的导航算法
  • 2.2.1 姿态矩阵的计算
  • 2.2.2 等效转动矢量法
  • 2.2.3 导航参数更新
  • 2.3 MIMU导航系统的数学模型编排
  • 2.4 MIMU导航系统初始条件的给出与初始数据的计算
  • 2.4.1 初始条件的给定
  • 2.4.2 初始数据的计算
  • 2.5 MIMU导航系统误差模型
  • 2.5.1 平台误差角方程
  • 2.5.2 速度误差方程
  • 2.5.3 位置误差方程
  • 2.5.4 微惯性器件的误差模型
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 MIMU/GPS组合导航系统中卡尔曼滤波器设计
  • 3.1 卡尔曼滤波器的组合导航中的应用
  • 3.1.1 MIMU/GPS的组合模式
  • 3.1.2 卡尔曼滤波器在组合导航中的应用形式
  • 3.2 系统状态方程和量测方程
  • 3.2.1 状态方程
  • 3.2.2 量测方程
  • 3.2.3 离散化
  • 3.3 卡尔曼滤波器的实现
  • 3.4 卡尔曼滤波器在实际应用中的问题
  • 3.4.1 初始阵的确定
  • 3.4.2 卡尔曼滤波器的反馈校正
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 MIMU/GPS组合导航系统仿真
  • 4.1 Matlab/Simulink仿真环境
  • 4.2 仿真系统组成
  • 4.2.1 由MATLAB编程实现的模块
  • 4.2.2 用SIMULINK建模实现的模块
  • 4.2.3 导航系统的仿真模型
  • 4.3 仿真参数
  • 4.4 仿真结果及分析
  • 4.4.1 MIMU导航系统的仿真结果
  • 4.4.2 MIMU/GPS组合导航系统仿真结果
  • 4.4.3 GPS信号中断的仿真
  • 4.4.4 仿真结果分析
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 组合导航计算机系统设计
  • 5.1 导航计算机硬件系统设计
  • 5.1.1 MIMU的组成
  • 5.1.2 UAF42低通滤波器芯片
  • 5.1.3 A/D转换控制器ADS1256
  • 5.1.4 由FPGA构成的数据采样控制器
  • 5.1.5 GPS数据接收模块
  • 5.1.6 ARM主控制器的设计
  • 5.2 导航计算机软件设计
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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