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基于DSP的激光陀螺捷联惯导系统实时实现方法研究

作　者: 李同安
导　师: 吴文启
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 激光陀螺捷联惯导实时性插值延时组合导航里程计地标修正
分类号: V249.322
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

车载探测系统需要在运动中实现对目标的精确定位。这就要求惯性导航系统提供实时的动态姿态、方位和位置等导航参数,以对探测结果进行运动补偿。导航参数测量的实时性直接影响运动补偿效果,并最终影响目标定位精度。论文针对惯性导航参数高精度实时测量这一需求背景,以激光陀螺捷联惯导系统为对象,研究基于高速信号处理器DSP6713车载运动参数的实时动态测量实现方法。主要研究工作包括以下五个方面:(1)研究并解决了惯性导航参数更新频率低(100Hz)而探测系统在运动补偿中要求姿态参数更新频率高(1000Hz)的矛盾。提出了满足采样定理条件下的姿态参数插值方案;通过转台试验以及联调测试,表明方案可行。(2)研究了激光陀螺捷联惯导系统导航参数的时间延迟问题,包括测量延时、惯导解算延时与通信延时等。采用试验的方法,精确测定了系统延迟,对由于延迟造成的时间不同步误差进行了分析,并提出了相应的解决方案。(3)基于高速信号处理器DSP6713,研究了激光陀螺捷联惯导系统初始对准算法的实时实现问题。针对停车时存在的基座扰动,采用了先粗对准,再精对准的对准方案,设计了5状态的初始对准Kalman滤波器。分析了惯性姿态解算、比力方程解算和Kalman滤波初始对准解算等算法模块的计算量及不同的实时性要求,合理分配实时多任务软件模块,实现了系统的快速精确对准。(4)研究了激光陀螺捷联惯导系统组合导航定位算法的实时实现问题。论文对纯惯导系统的定位原理及定位误差进行了深入研究,为了满足定位精度的要求,采用里程计组合、地标修正的方式进行辅助定位。对里程计的参数在线标定、里程计与惯导系统组合导航定位的原理与方法以及地标修正的方法进行了深入研究,并在构建的DSP6713平台上实现。系统联调试验结果表明,组合导航定位精度满足指标要求,修正算法软件能够实时并行工作。(5)实际构建了基于高速信号处理器DSP6713的惯性导航解算平台,实现了载车运动参数的实时动态测量。通过实验室静态试验以及外场车载试验证明:基于DSP6713的激光陀螺捷联惯导系统能够满足实时性要求,初始对准与组合导航精度满足项目指标要求。这为探测系统在运动中实现对目标的精确定位提供了前提条件。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-14
  §1.1 选题背景和意义  9-11
  §1.2 国内外研究现状  11-12
    1.2.1 导航计算机发展现状  11-12
    1.2.2 实时导航算法研究现状  12
  §1.3 论文的主要研究内容和结构安排  12-14
第二章激光陀螺捷联惯导系统姿态参数实时性研究  14-23
  §2.1 引言  14-15
  §2.2 姿态参数插值算法分析  15-20
    2.2.1 线性插值算法分析  15-17
    2.2.2 二次(抛物线)插值算法分析  17-20
  §2.3 转台试验结果与分析  20-21
    2.3.1 试验条件  20
    2.3.2 插值试验结果与分析  20-21
  §2.4 小结  21-23
第三章激光陀螺捷联惯导系统时间延迟研究  23-28
  §3.1 引言  23-24
  §3.2 惯导系统时间延迟试验测定方法分析  24
  §3.3 惯导系统时间延迟测定试验  24-26
  §3.4 惯导系统时间延迟问题分析  26
  §3.5 小结  26-28
第四章激光陀螺捷联惯导系统初始对准算法实时实现  28-40
  §4.1 引言  28-29
  §4.2 捷联惯导系统解析粗对准  29-32
    4.2.1 导航坐标系  29
    4.2.2 解析粗对准原理  29-32
  §4.3 捷联惯导系统扰动基座下Kalman滤波精对准方法  32-38
    4.3.1 离散型Kalman滤波基本原理  33-35
    4.3.2 激光陀螺捷联惯导系统初始对准Kalman滤波器设计  35-38
  §4.4 计算量分析  38-39
  §4.5 小结  39-40
第五章激光陀螺捷联惯导系统定位技术研究  40-53
  §5.1 引言  40
  §5.2 激光陀螺捷联惯导系统纯惯导定位误差分析  40-44
    5.2.1 激光陀螺捷联惯导系统误差传播机理  40-42
    5.2.2 激光陀螺捷联惯导系统误差静态仿真  42-44
  §5.3 里程计辅助惯导系统定位原理与定位误差分析  44-47
    5.3.1 里程计辅助惯导系统组合定位原理与定位误差分析  44-47
    5.3.2 惯导系统与里程计组合导航  47
  §5.4 里程计参数辨识  47-51
  §5.5 里程计辅助惯导航位推算中的地标修正  51-52
  §5.6 小结  52-53
第六章激光陀螺捷联惯导系统试验研究  53-66
  §6.1 基于DSP6713激光陀螺捷联惯导系统实现  53-56
    6.1.1 基于DSP6713的惯导系统硬件实现  53-54
    6.1.2 基于DSP6713的导航算法软件设计  54-56
  §6.2 基于DSP6713激光陀螺捷联惯导系统性能测试试验  56-65
    6.2.1 实验室静态试验  56-59
    6.2.2 外场联调试验  59-65
  §6.3 小结  65-66
第七章结论与展望  66-68
  §7.1 工作总结  66-67
  §7.2 后续工作与展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
硕士期间发表的论文  72

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