光学捷联基准导航计算机设计与实现

为满足当前光学捷联基准解算精度高、低功耗、小型化的需求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)为核心的嵌入式导航计算机。对导航计算机(ENC)硬件设计进行了阐述,并重点研究了导航计算机信息处理模块(MPM)和数据采集通信模块(DCM)的协同使用,充分体现了DSP和FPGA联合使用的优点。其次,研究了基于主惯导航向和计程仪速度组合的Kalman滤波器设计,以解决长时间工作对系统精度的影响。最后,将该导航计算机实际应用于捷联基准中,通过半实物仿真试验,验证了导航计算机硬件方案的可行性和Kalman滤波器设计的合理性。结果表明,基于FPGA和DSP双核的嵌入式导航计算机性能稳定,设计合理,满足光学捷联基准高精度、低功耗的使用要求。

捷联基准的应用特点及发展

随着高新技术,特别是计算机技术的进步,捷联基准得到了飞速发展,在各型舰船上的使用越来越普遍。本文从现代武器系统对姿态基准信号的需求出发,阐述了平台罗经、方位水平仪使用的局限性,介绍了捷联基准的原理、应用特点和发展,并对将来的发展提出了若干建议。

VxWorks操作系统在某型捷联基准中的应用

阐述了VxWorks嵌入式实时操作系统的设计特性、实时性和多任务操作环境,介绍了捷联基准的基本工作原理以及在PC/104嵌入式计算机上的实际应用。

分布式捷联姿态基准中数据采集系统的设计

研究了分布式捷联姿态基准中与各捷联姿态基准的IMU相对应的各数据采集系统(DAS)的设计方法。设计时,对挠性陀螺仪的输出采用以∑-△型ADC为基础的A/D转换的量化方案,对石英挠性加速度计的输出采用I/F转换的量化方案并设计了相应的基于CPLD的高性能多路脉冲信号采集器。由于每个DAS是分布式系统中的一个节点,因此为DAS设计了CAN接口。为便于DAS的开发、软件升级和现场调试等,所设计的DAS具有ISP功能。文中着重讨论了提高∑-△型ADC应用精度的方法及基于CPLD的高性能多路脉冲信号采集器的设计方法。测试表明DAS的模拟输入通道在采样率为100Hz时的转换精度接近18位,DAS的计数输入通道的计数精度与理论值一致,DAS的CAN接口工作正常、可靠。

基于实时多任务操作系统的分布式捷联姿态基准姿态算法实现

随着舰船上的武器系统和观测系统的数量不断增多及对其的精度和可靠性等要求的不断提高,对精确的局部姿态基准需求也不断增长。该文给出了用于消除大型舰船甲板变形给各战位点带来影响的分布式捷联姿态基准的结构,讨论了分布式捷联姿态基准中基于实时多任务操作系统的姿态算法的实现方法,包括:实时多任务操作系统环境下组合式捷联姿态基准算法应用程序的多任务确定,组合式捷联姿态基准算法中各任务的实现等。采用文中所述方法实现了一种实用的组合式捷联姿态基准算法,算法的仿真结果证明了文中所述方法的正确性。

船用武器捷联姿态基准系统快速传递对准方法研究

研究了一种改进的快速传递对准算法在船用姿态基准系统中的应用。这种改进利用了舰船主惯导系统角速率和速度信息,与子系统的捷联姿态基准系统的相应信息相匹配,通过卡尔曼滤波器提取从系统的误差估计量。针对船用的三种武器做了各种仿真,结果表明在40秒时间内对三个失准角的估计都能达到较高的精度。研究还表明,在传递对准滤波器中引入固定区域平滑算法对姿态误差估计的精度将有明显的提高。

捷联航姿基准系统中的以太网技术研究

首先简要介绍了局域网的ＩＥＥＥ８０２．３标准；然后，讨论了以太网的组网方式，通信控制板的硬件结构以及软件接口；最后，对捷联航姿基准系统的监控程序进行分析，把捷联航姿基准系统的数据发送到网上供各个分系统利用或者接收主控台发来的控制信息，实现整个系统的资源共享。

捷联水平基准的非正交性标定

介绍了单轴旋转调制水平基准消除机抖激光陀螺漂移和加速度计偏置的原理,并对IMU安装误差原理做了理论分析,利用矩阵旋转变换法推导出安装误差角的计算公式。用得到的安装误差角进行标校大大降低了水平基准的姿态误差,并在工程中得到了良好的应用。

舰载导弹捷联惯导系统原位标定技术研究

文章针对舰载导弹捷联惯导系统,提出了一种原位标定方案。此方案在不需要将惯导系统从导弹上拆下来,且无需借助转台等测试设备的条件下,利用捷联基准提供的速度和姿态信息,采用系统级标定法对惯性器件误差进行了标定。计算机仿真结果表明,文中给出的方法可以有效地完成导弹捷联惯导系统原位标定,且标定精度较高,具有较强的实际意义。

模糊信息融合方法在分布式基准系统中的应用

由于舰船导航和武器系统的精度和可靠性等要求的不断提高以及分布式指控系统的发展,建立全舰统一姿态基准系统已成为必然。提出了利用测量结果推算出的甲板挠曲姿态信息作为分布式捷联姿态基准系统(简称分布式捷联基准)的补偿信息,然后利用基于模糊理论的信息融合方法建立全舰统一姿态基准系统。最后通过对简易模型的仿真研究,证明了这种方法是可行的并具有较高的精度。

星敏感器辅助的捷联光纤航姿误差在线估计方法研究

提出了一种基于星敏感器辅助的舰载光纤捷联航姿系统(SAHRS)误差在线估计方法,以初始时刻舰船惯性坐标系为参考系,直接以星敏感器输出惯性姿态为基准,估计陀螺仪的常值漂移;在舰船系泊状态下,以重力矢量在惯性空间的投影为基准,利用比力的积分量构建观测值,估计加速度计零偏。该方法无需拆卸系统,陀螺与加速度计误差估计完全分离,估计收敛速度快、实时性好。仿真结果表明:该方法可实现在静止基座和摇摆基座条件下捷联航姿陀螺仪常值漂移及水平加速度计零偏的在线估计,估计精度分别优于0.02°/h和50μg.

基于分布式的捷联导航计算机系统设计与实现

为消除大型载体结构变形对载体上设备观测精度的影响,本文介绍了分布式姿态基准系统并给出了基于以太网和CAN总线的多级分布式系统的设计方案,最后完成基于DSP-MPU的捷联姿态基准导航计算机的硬件方案设计。

船用光纤陀螺捷联航姿基准系统

系统地讨论了采用光纤陀螺作为惯性敏感器件的船用捷姿航姿基准系统.给出了由光纤陀螺仪和加速度计组成的捷联式船用航向姿态基准系统的构成,分析了其航向姿态解算的方法,概述了这一系统在静基座上的初始对准.目的在于给船用航姿基准系统及导航系统提供一个参考和比较.

甲板变形测量技术研究

当舰上的主导航系统与载机子惯导之间进行传递对准时,船体的变形会引起对准误差。想消除船体变形的影响从理论上讲,挠曲变形可以通过卡尔曼滤波进行估计,但在实际上很难建立足够精确的模型。通过船体变形的测量与校正技术,在大型载舰存在复杂动态变化的情况下,可采用分布式姿态基准,在载舰上的不同部位安装有限套惯性测量单元（IMU）,与舰上主导航系统构建成一个惯导网络,为载机子惯导的传递对准提供更丰富、更准确的载舰状态信息,从而大大提高传递对准的精度的研究。

展望FOG在舰艇导航中的应用

在简述光纤陀螺(FOG)的发展与现状的基础上,对国外捷联式FOG航姿基准、FOG平台罗经和FOG在潜艇惯导系统中的应用进行了述评。最后,对我国发展基于FOG的舰载导航仪器提出几点建议。

一种基于DSP的宽范围高精度实时数据采集系统的设计

在船用挠性捷联航姿基准系统中 ,如何保证大动态范围条件下的动调陀螺仪数字量化线路的准确性和实时性是其关键。本文详细介绍了一种基于TMS32 0VC540 9DSP的大动态范围高精度数据采集系统 ,其动态范围优于 1 4 0dB ,其测量精度满足了航姿基准系统的数据采集要求。

前馈稳定技术在舰用雷达中的应用

就舰体摇摆运动对雷达的影响 ,介绍了解决问题的途径。比较了两轴稳定和四轴稳定以及两轴稳定中前馈技术和后馈技术的优缺点 ,分析了两轴稳定中前馈稳定的基本原理。介绍了平台罗经和捷联垂直参考基准两种舰体摇摆信息源。分别讨论了平台罗经和捷联垂直参考基准提供摇摆数据时前馈稳定的实现方法。在舰体摇摆信息源无速度量输出时给出了利用摇摆位置量解算摇摆速度量的公式。为解决数据传输延迟造成的数据误差 ,提出了一种数据外推平滑方法。上述原理和计算公式均经过工程实际应用检验 。

平台摇摆对卡尔曼滤波跟踪精度的影响

通过建立目标相对运动坐标系和目标相对运动观测模型,研究了在平台摇摆影响下,跟踪系统观测到的目标运动状态的变化。在分析捷联垂直基准补偿原理的基础上建立了捷联垂直基准平台摇摆角补偿模型,建立的模型结合捷联垂直基准系统的测量能力对其补偿算法进行了理论推导,使模型适用于实际捷联垂直基准系统。通过建立模型以及仿真研究了平台摇摆作用下卡尔曼滤波跟踪精度的变化,指出了摆造成卡尔曼滤波跟踪精度降低甚至离散的主要原因在于模型误差增大。设计仿真实验验证了结论的正确性,为进一步改进跟踪手段提供了理论参考。