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基于PC/104总线的GFSINS导航计算机系统研究

作　者: 曹国峰
导　师: 吴俊伟
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无陀螺捷联惯导系统导航计算机双CPU PC/104 STM32
分类号: TN965.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 68次
引　用: 4次
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内容摘要

无陀螺捷联惯导系统是舍弃陀螺而只用加速度计来实现导航的捷联惯导系统。由于无陀螺捷联惯导系统舍弃了陀螺,从而避开了因陀螺动态范围小而引起的一系列难题。与有陀螺捷联惯导系统相比,无陀螺捷联惯导系统具有低成本、低功耗、快速反应、高可靠性和长寿命等优点,特别适合用于角加速度和角速度动态范围大的载体进行惯性导航。因此,对无陀螺捷联惯导系统的研究越来越受到国内外专家学者的重视。本文所研究的重点是建立无陀螺捷联惯导系统的硬件环境,为验证无陀螺捷联惯导系统理论的正确性和可应用性提供实验平台。本文给出了载体上任意一点的加速度输出以及无陀螺捷联惯导系统中加速度的输出公式,在理论上验证了无陀螺捷联惯导系统的可行性。并在此基础上,重点做了以下几个方面的工作:1.分析了无陀螺捷联惯导系统导航计算机的特点,指出了传统导航计算机的不足之处,并针对无陀螺捷联惯导系统提出了具有双CPU结构的导航计算机设计方案。2.设计并实现了具有双CPU结构的无陀螺捷联惯导系统的硬件架构,包括加速度计的配置方式、系统结构设计、CPU任务划分、数据采集、双CPU通信、串口扩展等。3.编写了导航计算机系统软件,包括单片机系统软件和PC/104系统软件,并实现了双CPU的协调工作。进行了导航计算机系统的调试及运行测试,进而对系统进行了改进,提高了系统性能。测试结果表明,导航计算机系统运行可靠、反应灵敏,能够输出比较稳定的加速度计信息,为无陀螺捷联惯导系统的研究工作奠定了基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 捷联惯性导航系统  10-11
  1.2 无陀螺捷联惯导系统  11-13
    1.2.1 无陀螺捷联惯导系统的特点  12
    1.2.2 无陀螺捷联惯导系统的发展概况  12-13
  1.3 课题研究的背景及意义  13
  1.4 论文研究的内容及主要工作  13-15
第2章无陀螺捷联惯导系统的基本原理  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 无陀螺捷联惯导系统的工作原理  15-17
  2.3 载体上任意一点的加速度输出  17-18
  2.4 无陀螺捷联惯导系统的加速度输出  18-20
  2.5 加速度计的配置方案  20-22
  2.6 本章小结  22-23
第3章导航计算机系统方案设计  23-32
  3.1 引言  23
  3.2 系统需求分析  23-25
    3.2.1 功能需求  24
    3.2.2 性能需求  24-25
  3.3 双CPU 结构设计方案  25-27
  3.4 PC/104 工业控制计算机  27-29
  3.5 STM32F103 微控制器  29-31
  3.6 本章小结  31-32
第4章导航计算机系统的硬件设计  32-58
  4.1 引言  32
  4.2 加速度计选型  32
  4.3 加速度计信号调理电路设计  32-40
    4.3.1 加速度信号调理电路设计  33-38
    4.3.2 温度信号调理电路设计  38-40
  4.4 模数转换模块设计  40-46
    4.4.1 模数转换器AD7656 简介  40-42
    4.4.2 应用AD7656 的注意事项  42-44
    4.4.3 AD7656 与STM32F103 接口电路的设计  44-46
  4.5 STM32F103 与PC/104 之间的数据共享设计  46-50
    4.5.1 数据共享的实现  46-47
    4.5.2 双端口RAM IDT7133 简介  47-48
    4.5.3 IDT7133 接口电路设计  48-50
  4.6 串口扩展电路设计  50-53
    4.6.1 TL16C552 简介  50-51
    4.6.2 利用TL16C552 实现PC/104 的串口扩展  51-53
  4.7 电源模块设计  53-57
    4.7.1 电源需求分析  53-54
    4.7.2 电源电路设计  54-56
    4.7.3 3.3V 及2.5V 电压转换  56-57
  4.8 本章小结  57-58
第5章导航计算机系统软件设计  58-67
  5.1 引言  58
  5.2 单片机系统软件设计  58-62
    5.2.1 IAR EWARM 集成开发环境及配套仿真器  58-59
    5.2.2 STM32 固件库  59-60
    5.2.3 AD7656 接口编程  60-61
    5.2.4 加速度计数据的数字滤波设计  61-62
  5.3 双CPU 通信软件方案设计  62-64
  5.4 PC/104 与IDT7133 接口编程  64-66
  5.5 PC/104 串口程序设计  66
  5.6 本章小结  66-67
第6章导航计算机系统测试  67-72
  6.1 引言  67
  6.2 系统调试  67-69
    6.2.1 硬件调试  67-68
    6.2.2 软件调试  68
    6.2.3 出现的问题及解决方法  68-69
  6.3 系统测试及数据分析  69-71
  6.4 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  76-77
致谢  77

基于PC/104总线的GFSINS导航计算机系统研究

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