基于DSP的全姿態(tài)撓性陀螺尋北儀的研制.pdf

1、針對國內(nèi)武器瞄準(zhǔn)、地球物理探測、大地測量、隧道建設(shè)等軍民用領(lǐng)域中，北向基準(zhǔn)的大量需求，上海交通大學(xué)導(dǎo)航與控制研究所和上海英譜樂慣性技術(shù)科技發(fā)展有限公司合作建立了全姿態(tài)撓性陀螺尋北儀的研究項(xiàng)目。本文介紹這一項(xiàng)目研究的、基于DSP的全姿態(tài)撓性陀螺尋北儀的研制情況。這一尋北裝置用于測定相對地理真北的方位，具有快速準(zhǔn)確和操作方便的特點(diǎn)，產(chǎn)品的研制采用模塊化，便于更換和維修。 所研制的尋北儀以撓性陀螺儀和加速度計(jì)為測量元件，撓性陀螺儀用于

2、敏感地球自轉(zhuǎn)角速度，加速度計(jì)用于敏感地心加速度。它利用正切法進(jìn)行全姿態(tài)方位角計(jì)算。通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)對造成尋北誤差的主要因素如陀螺常值漂移、陀螺隨機(jī)漂移、加速度計(jì)零漂、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位誤差、物理參數(shù)等進(jìn)行了分析，并給出了誤差模型。為了消除陀螺儀漂移誤差的影響，方案上采用了雙位置多點(diǎn)測量法和補(bǔ)角修正技術(shù)，以提高尋北裝置全方位角的估算精度。為了進(jìn)一步驗(yàn)證方案的可行性，由數(shù)顯轉(zhuǎn)臺、撓性陀螺儀、數(shù)字萬用表和計(jì)算機(jī)組成系統(tǒng)，進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，可以了解誤

3、差的大小及其分布趨勢，通過實(shí)驗(yàn)所得的誤差曲線，確定了用正弦曲線對誤差進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)方案。 尋北儀的尋北工作過程通過數(shù)據(jù)采集計(jì)算板實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集計(jì)算板具有控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、方位角解算和遠(yuǎn)程通訊等功能，它分為中央處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、存儲單元、遠(yuǎn)程通訊單元。系統(tǒng)的中心處理單元采用TMS320C32浮點(diǎn)DSP芯片，它主要用于實(shí)現(xiàn)控制功能和數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算功能。數(shù)據(jù)采集單元用于采集加速計(jì)和陀螺儀輸出的信號，并同時檢測供電電源

4、是否正常。信號通過多路開關(guān)送到采樣保持器，并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到DSP進(jìn)行處理。存儲單元所采用的ROM和RAM分別是CYPRESS公司出品的CY7C263和CY7C199芯片。遠(yuǎn)程通訊單元由電平轉(zhuǎn)換芯片MAX491E通過ST16C550和DSP相連構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與通訊。 系統(tǒng)工作時先檢測電源的±15V、5V和地線、陀螺儀和加速度計(jì)輸出是否正常；再對第一次采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得出第一位置數(shù)據(jù)；接著

5、使陀螺儀轉(zhuǎn)位一百八十度，得到第二位置數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)代入公式解算，并進(jìn)行象限判別，解算出真北方位角，送顯示板顯示。同時系統(tǒng)需完成電源鎖定，再平衡加電控制，轉(zhuǎn)位控制，接收緯度數(shù)據(jù)，故障檢測等功能。 本文以論述國內(nèi)外尋北儀發(fā)展概況、尋北儀的分類以及本課題的選題背景和依據(jù)為緒論，接著闡述了尋北儀的數(shù)學(xué)模型和誤差分析，然后介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的調(diào)試。在最后的總結(jié)中，作者真誠希望本文的研究工作能為我國信息綜合處理技術(shù)和導(dǎo)航尋北裝