基于卡尔曼滤波的动态角度测量系统设计

针对于目前大多数基于加速度计的数字倾角仪只能测量静态环境下物体的倾角,但当被测物体在动态(非匀速直线运动)环境下时测量误差大的问题,设计一种低成本的动态角度测量系统。利用MPU9255传感器中集成的三轴加速度计和三轴陀螺仪,采用融合陀螺数据的卡尔曼滤波和系统误差补偿,解决加速度计在动态下无法准确测量角度的问题。经测试,所设计的测量系统能够满足动态下较高精度的角度测量。

基于FPGA的LVDS传输链路的可靠性设计

在遥测系统中,LVDS接口有着传输速度高的优点,想保证数据传输的高效性与稳定性,必须确保LVDS传输链路的可靠性。在此次设计中,通过在硬件电路中增加阻抗匹配和均衡加重技术来提高电路的可靠性。在逻辑设计中,通过采用bit9和bit8标志位来区分有、无效数据与3路数字信号的方法来消除失锁现象,从而提高数据传输的稳定性。经验证,系统实现了以300 Mbit/s的速率在30 m屏蔽电缆中传输数据,误码率为零,提高了LVDS传输链路的可靠性与稳定性。

基于以太网的加速度传感器数据采集传输系统设计

设计了一种可实现对实时数据进行采集、传输、存储以及数据显示与处理功能的测试系统。硬件采用的是FPGA的控制单元,通过AD芯片转换和以太网模块将数据传输给计算机,利用MFC制作的上位机软件进行数据分析、采集和存储。上位机通过协议对下位机FPGA系统进行控制。测试结果表明:该系统对MEMS加速度传感器的数据能精确地显示、采集。

基于MFC的翻转测试平台控制软件的设计

针对MEMS加速度传感器只能对单一方向进行标定而不足以实现自动批量化的问题,设计了基于MFC的MEMS加速度传感器翻转实验平台的控制软件;该软件是通过串口与DSP之间按照规定的协议进行通信,对DSP进行了有效的控制并实时显示分析DSP传送回来的数据,实现对步进电机运转情况以及翻转台状态的实时显示,根据倾角传感器自带的协议,模拟7段数码管图形化的显示了倾角传感器的实时数据,进一步对翻转台的状态进行了解析,达到了实时同步、直观显示、易于控制的效果。

基于FX2N-20GM的加速度计测试装置控制系统设计

针对目前自动批量化加速度计标定测试设备研发的不足,选用三菱PLC和FX2N-20GM定位单元为核心运动控制器,设计了应用于批量加速度计自动测试装置的控制系统,通过程序扩展实现了PLC与20GM同时对6个步进电机的顺序控制,给出了该系统硬件电路设计方案,阐述了控制系统软件设计过程,并对试验结果进行了分析比对,结果表明该控制系统程序设计逻辑简单、可植入性强,并已成功应用于自动批量化加速度计静态特性标定测试装置中.

温湿振翻转一体化的MEMS测试系统

该文设计了一种在控制温度、湿度、振动、翻转的条件下对传感器的各个参数进行测量的系统。利用DSP发送PWM波对步进电机进行控制,实现了磨具的夹紧、上升和翻转。上位机通过特定的通信协议对DSP、温湿度箱、振动台进行控制。FPGA作为数据采集模块的主控芯片,通过网口把数据传输到计算机,实现了20路数据信号的采集,从而完成了整个测试系统。

MEMS矢量水听器灵敏度自动测试系统设计

针对微机电系统(MEMS)矢量水听器声压灵敏度测试中出现的测试步骤单一、测试任务繁重且耗时多,同时手动测量存在不确定的操作误差等问题,在分析矢量水听器灵敏度测试原理和测试过程的基础上,采用AD9850,AD8599,PGA205、单片机MK60DN512ZVLQ110等芯片,设计了集成信号激励源、微弱信号检测、调理以及信号采样和传输等模块的矢量水听器灵敏度自动测试装置。该装置将测试现场的仪器"缩小",多模块功能集成,通过与PC上位机连接控制,快速、实时地完成矢量水听器灵敏度测试标定,在节约测试时间的同时,也能快速地完成对水听器的优化改进的验证;此装置体积小、轻便,测试连线简单,方便外场测试,促进MEMS水听器工程化应用。

基于FPGA和以太网的多通道数据采集系统

为了实现加速度传感器批量标定测试,能让16个加速度传感器同时并行测试,设计了基于FPGA和以太网的多通道数据采集系统。该系统以FPGA为核心控制芯片,实现16路模拟信号的实时采集、编帧与数据存储,并通过以太网接口芯片W5300完成与上位机的通信。整个系统采用模块化设计,功耗低、采集精度及可靠性高、实时性好,已成功应用于加速度传感器批量标定测试设备中。

基于椭球拟合的MEMS倾角仪现场快速标定系统

针对由倾角仪核心模块MEMS加速度计的偏值和标度因数会随时间推移而产生变化,造成倾角仪倾角测量误差变大、准确度降低、对精密标定设备依赖性强的问题,设计一种基于STM32结合椭球拟合算法的倾角仪现场快速标定系统。该系统以STM32单片机为核心处理单元,内嵌椭球拟合算法,修正MEMS加速度计的偏值和标度因数;配合自编程的上位机程序实现对倾角仪的现场快速标定,保证其测量准确度。试验结果表明:该倾角仪现场快速标定系统操作方便,标定后降低测量误差且使测量准确度提高一个量级,具有一定的工程应用价值。

基于以太网的20路采编传输系统的设计

设计了一种可实现对现场数据进行多通道同步采集、传输、存储以及多路数据实时显示与处理功能的测试系统。硬件以FPGA为主控单元,通过对20个通道模拟开关进行选通,电压信号经过AD7667转换,经由基于W5300的以太网传输模块,将采集的数据通过网线传输给计算机,实现多通道同步并行采样与存储。VC++作为上位机软件的开发平台,软件通过以太网发送指令来控制系统工作。测试结果表明,系统可以完成对标定的20个压阻式传感器信号进行高精度、高可靠性的采集。简化了数据采集过程,提高了标定测试采集效率,满足远程数据通信系统和工业现场应用等要求。

一种适用于单轴MEMS倾角仪的快速标定方法及实现

针对单轴倾角仪核心元件MEMS加速度计零点电压和标度因数在反复上电后会发生改变,且在外场环境下,不能通过转台对其进行修正的问题,本文根据MEMS加速度计的安装误差、输出模型推导了单轴倾角仪的标定模型,提出了一种适用于单轴倾角仪的快速标定方法,并利用实验室研制的MEMS单轴倾角仪及LABVIEW软件编写的上位机对该方法进行了试验验证。实验表明,该快速标定方法可快速、准确地修正MEMS加速度计零点和标度因数的漂移,从而保证倾角仪的测量精度,具有良好的工程实践意义。

箭载测控系统高速数据采集传输电路的设计

针对目前新一代运载火箭的箭载测试传感器采集精度要求高、信号种类繁多、数据量大等特点,设计了一种基于GTX高速接口的高速采集传输电路.该电路采用FPGA控制高采样率A/D转换器和串口分别对模拟信号、数字信号进行采集,FPGA对所采集到的模、数信号进行编帧、辨识性控制码等一系列内部预处理后,将其转入GTX高速接口内部;然后通过8/10译码器转换、串并转换器、电路均衡器等模块,将信号以差分形式串行传输.试验结果表明,系统能够稳定且长时间地采集数据,并可以实现3.6Gbit/s的高速传输.

基于BDS的海域环境监测浮标定位通信装置设计

为适应复杂海域情况,确保通信稳定可靠,将基于BDS开发应用于海域环境监测浮标的定位通信装置。该装置以FPGA为主控芯片,集成卫星定位通信模块、备份存储模块等,利用可再生能源太阳能自主供电;配合监测浮标配套上位机软件,完成回传数据的解码和显示。经过720 h实验测试,结果表明,系统通信未出现丢字错字情况;在全天候情况下,北斗短报文总体发送成功率大于86%。该设计方案可在保证定位精度与通信稳定的前提下,减小系统能耗,延长待机时间,提高系统可靠性,保证浮标长期安全可靠地工作。

弹载SINS/GPS组合导航系统数据采集与同步设计

针对SINS/GPS组合导航系统来自两个导航系统的数据在时间上不同步导致在弹载高动态环境下导航精度降低的问题,设计了一种基于FPGA+DSP的小型嵌入式组合导航计算机平台.把GPS接收机提供的1PPS脉冲同时接入FPGA与DSP以提供时间基准,利用FPGA实现MIMU与GPS数据在整秒时刻的同步采集,利用DSP实现同步时间差的求取以及GPS数据的外推拟合,完成SINS与GPS数据在信息融合时刻的同步.时间同步过程简单,同步精度高.为了验证方法的有效性,进行了跑车试验,试验结果表明系统所采用的方法可以有效地提高高动态下组合导航系统的精度,比较未经过时间同步处理的导航结果,该方法在姿态角和速度精度上提高了约70%,位置精度提高了约50%,具有一定的工程应用价值.

基于FPGA+DSP的弹载组合导航系统设计

针对常规弹制导化改造过程中对组部件小型化的需求,本文基于"FPGA+DSP"的双核处理器,搭建了一种新型组合导航系统硬件平台。该平台能够完成对模拟信号和数字信号的混合采编功能,即能够实时采集惯性测量信息和GNSS卫导信息,并予以同步处理;同时,该平台具备体积小、功耗低、解算能力强、数据存储可靠等特点,能够实时解算出弹体的位置、速度和姿态信息。通过试验论证,本文设计的组合导航系统硬件平台性能可靠、数据有效,具有一定的工程价值。

基于MEMS惯性器件的新型车载导航融合算法研究

针对MEMS惯性器件测量误差大,系统定位误差随时间累积问题,提出了一种动态零速修正与快速正交搜索相结合的融合导航算法,可对线性和非线性误差有效抑制。试验表明,与单独使用动态零速修正相比,该融合算法可以大大提高系统解算精度,在60 s惯性导航中,经补偿后的位置误差不大于0. 95 m,实现了车载惯导系统低成本高精度自主导航。

基于DSP和RS-485串行通信的控制系统设计

在设计加速度传感器批量标定测试设备时,需要上位机对设备进行实时监测、获取系统信息以及下发数据指令进行控制,因此设计了基于DSP和RS-485串行通信的接口电路,实现了DSP与PC的通信,并成功应用于加速度传感器批量标定测试设备中。该系统硬件电路简单,软件编写容易,拓展性和移植性较好,数据通信稳定可靠。

基于弹载测控系统的便捷无线交互设计

针对目前弹载测控系统调试过程中经常更改诸元、数据回读效率低的问题,设计一款集成于测控系统内部的无线交互装置。在集成便捷式诸元装订、快速安全的数据读取、擦除等功能于一体的同时减小装置体积,降低功耗,以实现嵌入式无线交互设计。经专有上位机测试,在不影响测控系统正常工作的情况下,于炮筒外进行无线数据操作,回读速度平均1.675 Mb/s,且可在10 s内成功装订诸元,能够在交互过程中保证数据的完整性、保密性和传输的高效性,同时满足低功耗、小体积、高集成的硬件要求,可实现弹载测控系统与上位机的便捷无线操作。

自适应互补滤波水下高度测量技术

针对传统利用GPS、温度、声呐、压力等手段,对水下高度测量容易受洋流、太阳辐射、季节变化等海洋环境干扰因素的影响而导致测量局限性、精度低的问题,设计一种基于自适应互补滤波的水下高度测量系统.该系统以IMU为信息采集单元,搭建以FPGA+DSP为架构的信息处理解算平台,结合自适应补偿系数的互补滤波算法,在低通滤波环节加入PI控制器,依据加速度计测得的姿态数据判断水下弹体的运动情况,实时调整PI参数,实现水下系统的高度测量.试验结果表明:该水下高度测量系统操作方便、独立性实时性好、测量精度高,具有一定的工程应用价值.

基于FPGA的LVDS无时钟数据传输方案设计与实现

针对离线式弹载数据采集存储设备小型化需求,设计了一种基于FPGA的LVDS(Low-Voltage Differential Signaling)无时钟高速数据传输系统。在不外挂接口芯片的情况下,用板载时钟代替差分时钟,仅使用一对差分管脚即可完成一路LVDS无时钟数据传输,系统中数据接口较多时可以很大程度上减少板卡体积。通过提高FPGA内部SERDES(Serializer-Deserializer)反串行化比例以及数据进行8B/10B编码解决鉴相器失效的问题,并以此为板载时钟提供准确的相位信息来对齐串行数据和模拟时钟,最后按照模拟时钟将串行LVDS数据反序列化,从而达到板载时钟代替LVDS随路时钟的目的,以此实现基于FPGA无随路时钟的LVDS高速传输。试验表明,该系统能够可靠、有效工作,具备一定工程实用价值。