提高尋北儀測量性能的若干問題研究.pdf

1、尋北儀是一種不需要借助外部電磁信息的高精度的自動指北裝置，它利用陀螺儀和加速度計來測量地球自轉(zhuǎn)角速度，計算出陀螺儀參考軸與真北的夾角，實現(xiàn)尋北。
　　本文研究的是用于車載系統(tǒng)的動力調(diào)諧尋北儀(DTG)，精度為0.2°，尋北時間為174秒。該動力調(diào)諧尋北儀以51單片機為全系統(tǒng)控制器，由電源模塊、陀螺伺服鎖定回路模塊、單片機主機電路模塊、顯示模塊、1個陀螺、2個加速度計和1個轉(zhuǎn)位電機及其他附件組成。
　　其工作原理是利用鎖定回路

2、板中伺服回路給陀螺加矩，使其與地球自轉(zhuǎn)引起陀螺轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量相抵消，調(diào)整陀螺儀使其達到平衡。而此時伺服回路能輸出包含地球自轉(zhuǎn)角速度方向信息的信號，將此信號與加速度計的輸出信號同步進行A/D轉(zhuǎn)換，將其量化結(jié)果送至單片機進行信號處理，得到地球自轉(zhuǎn)的角速度，計算出真北值。為了提高尋北精度，尋北儀需在陀螺正反兩個位置測量，轉(zhuǎn)位過程中轉(zhuǎn)位平臺的兩次轉(zhuǎn)位會導致陀螺產(chǎn)生余震。傳統(tǒng)方案處理方式為，轉(zhuǎn)位停止后等待30秒，待余震完全消除后開始采集信號。

3、本文為了提高尋北儀性能，一方面對尋北儀電路排版，各模塊布局進行了優(yōu)化設計，減小了尋北儀的體積、重量、功耗。另一方面引入最小線性誤差濾波——卡爾曼濾波，替換傳統(tǒng)濾波方案。既利用卡爾曼濾波能在強噪聲中自適應工作的特點，轉(zhuǎn)位后10秒即跟蹤處理陀螺信號，縮短尋北等待時間，提高尋北儀測量速度;又利用其收斂性對陀螺信號持續(xù)跟蹤30秒，根據(jù)陀螺信號的變化規(guī)律及動態(tài)統(tǒng)計特征信息，濾波計算，改善尋北儀測量精度。
　　測試結(jié)果表明，減小尋北儀的體積、