小型化光纤陀螺捷联惯性测量装置的研究与设计

论文摘要

本文主要介绍了由新型的光纤陀螺组成的小型化捷联惯性测量装置的研究与设计。该装置由三轴一体化光纤陀螺组合、三个石英挠性加速度计、DSP信号处理电路(包含V/F转换电路输出脉冲的计数器)、V/F转换电路、功放电路板、电源模块和机械结构构成。其工作原理如下:三轴一体化光纤陀螺组合的三个线圈与三个石英挠性加速度计安装在三维空间支架上,分别输出角速度和加速度信号,通过DSP完成姿态解算、导航解算和自动驾驶仪解算,然后DSP发出执行命令,通过功放电路板驱动执行部件来完成飞行控制。其中功放电路板由其它单位承担制作任务,并与本文研制的小型化捷联惯性测量装置联调后,一起交与总体实现导弹的制导系统。其中三轴一体化陀螺组合由三轴一体化集成光学表头和陀螺信号处理电路组成。光学表头部分将三个敏感线圈安装在三维空间支架上,它们共用一个光源。陀螺信号处理电路包括大功率SLD光源驱动电路和FPGA电路,最终输出与角速度成正比的数字信号。三个石英挠性加速度计输出经V/F转换电路后为脉冲信号,经过DSP信号处理电路上的计数器后变为数字信号,此数字信号可由DSP读取进行解算。DSP信号处理电路包括DSP数字信号处理器、FPGA、UART、ARINC429接口、并口组件、A/D、D/A转换和存储器。其中FPGA模块主要完成DSP外围芯片逻辑控制、三路V/F的计数器模块的实现、多普勒雷达信号的采频计数器的实现等功能。ARINC429接口主要实现与飞机的火控系统通讯。数字输出由RS422串口完成,可以根据系统要求配置不同的输出方式。模拟火控系统装订参数、陀螺及加速度计仿真信号、陀螺及组合内部的温度信号由多通道A/D进行采样。模块的软件部分是系统的核心部分,包括数据的采集、系统自检、零位温度补偿及串行通信等功能。软件用C语言编写,采用模块化设计,可读性好,可移植性强,便于维护。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 本课题研制背景
• 1.2.1 目的意义
• 1.2.2 光纤陀螺的发展现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 技术指标要求
• 1.3.1 对陀螺的要求
• 1.3.2 对加速度计的要求
• 1.3.3 对惯测组合的要求
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 捷联惯性测量装置的组成及原理
• 2.1 惯性导航的基本概念
• 2.2 常用坐标系
• 2.3 姿态矩阵
• 2.4 捷联式惯性系统的导航算法
• 2.4.1 四元数法及姿态计算
• 2.4.2 速度计算
• 2.4.3 导航计算
• 2.5 组成及功能
• 2.5.1 组成
• 2.5.2 功能
• 2.5.3 外形结构及安装坐标
• 2.5.4 陀螺和加速度计仿真方案
• 2.5.5 二次电源方案设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 三轴一体化光纤陀螺技术
• 3.1 引言
• 3.2 光纤陀螺基本原理
• 3.2.1 萨格奈克效应
• 3.2.2 单轴干涉型光纤陀螺工作原理
• 3.2.3 三轴一体化光纤陀螺技术
• 3.3 对外接口及性能
• 3.3.1 对外接口
• 3.3.2 三轴一体化光纤陀螺误差模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 加速度计的选用与 V/F 转换技术
• 4.1 引言
• 4.2 加速度计的选用
• 4.2.1 加速度计的指标
• 4.2.2 加速度计的工作原理
• 4.3 V/F 转换电路
• 4.3.1 V/F 转换电路基本原理分析
• 4.3.2 V/F 转换电路设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 导航计算机板的设计
• 5.1 引言
• 5.2 DSP 简介
• 5.3 DSP 外围电路设计
• 5.3.1 电源电路设计
• 5.3.2 复位电路设计
• 5.3.3 时钟电路设计
• 5.3.4 存储器的设计
• 5.4 DSP 外围扩展电路设计
• 5.4.1 多路模数转换的实现
• 5.4.2 6 路 D/A 输出信号的设计
• 5.4.3 ARINC429 串口通讯电路设计
• 5.4.4 R5422 串口通讯的实现
• 5.4.5 FPGA 的硬件电路设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统软件设计
• 6.1 系统软件开发环境CCS 的介绍
• 6.1.1 CCS 概述
• 6.1.2 代码生成工具
• 6.1.3 CCS 集成开发环境
• 6.2 汇编语言和C 语言的混合编程
• 6.2.1 混合编程的方式
• 6.2.2 混合编程的接口规范
• 6.3 系统程序设计
• 6.3.1 系统程序流程简介
• 6.2.3 TMS320VC33 中断的设计
• 6.4 本章小结
• 第七章 系统测试
• 7.1 前言
• 7.2 数字输出的测试软件
• 7.3 系统测试结果
• 7.3.1 X 轴陀螺的测试数据
• 7.3.2 Y 轴陀螺的测试数据
• 7.3.3 Z 轴陀螺的测试数据
• 7.3.4 测试结果分析
• 7.4 本章小结
• 结论
• 研究工作的目的意义
• 主要研究成果
• 对今后工作的设想
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 参考文献