組合傳感器儀表關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著低空空域開放的逐步深入，通用航空迎來迅速發(fā)展的春天。通用航空飛機的安全對通用航空業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。出于通用航空飛行的特點以及通用航空飛機成本方面的考慮，通用航空飛機配備的儀表必須是低成本、高可靠和相對高精度的。因此，研制具有上述特點的組合傳感器儀表對通用航空飛機有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本文通過對高度和航向測量的誤差建模與補償、多傳感器數(shù)據(jù)融合算法等，對高度、航向組合傳感器儀表進行研究。主要內(nèi)容及取得的研究成果總結(jié)

2、如下：
　　 1、GPS高度測量和航向測量的分析與研究。簡單介紹了GPS的組成，系統(tǒng)地闡述了GPS高度測量和航向測量的原理，深入分析了GPS高度測量和航向測量的誤差來源和特性。為后文組合傳感器儀表的的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 2、氣壓高度測量的誤差建模與補償研究。介紹了氣壓高度測量的技術(shù)方案，指出了影響通用航空飛機氣壓高度測量精度的主要誤差來源：壓力傳感器輸出誤差和氣壓高度原理誤差。提出通過對硅壓阻式壓力傳感器的標定數(shù)據(jù)進

3、行曲面擬合，建立壓力傳感器的誤差模型，提高壓力傳感器的輸出精度。針對通用航空飛機飛行高度低，不適合采用標準氣壓高度進行高度測量的問題，建立了基于多階泰勒展式的氣壓高度原理誤差模型，提高絕對高度的測量精度。在此基礎(chǔ)上，提出氣壓高度相對高度的測量方法，提高氣壓高度相對高度的測量精度。
　　 3、磁航向測量的磁干擾建模與誤差補償研究。介紹了磁航向測量的技術(shù)方案，簡單分析了磁羅盤靜態(tài)磁干擾的原理和誤差補償方法。深入分析了磁羅盤動態(tài)磁干擾

4、的原理，引入了差分磁羅盤(Differential Magnetic Composes，DMC)的物理概念，設(shè)計了基于DMC的磁航向系統(tǒng)。系統(tǒng)分析了動態(tài)磁干擾對DMC的影響機制，提出了基于DMC的動態(tài)磁干擾誤差建模和補償算法，并進一步提出了改進算法，有效地提高了磁羅盤動態(tài)磁干擾的誤差補償效果，提高了動態(tài)磁干擾下磁航向的精度和可靠性。
　　 4、高度、航向組合傳感器儀表數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究。提出了高度、航向組合傳感器儀表的結(jié)構(gòu)方案。針

5、對氣壓高度和GPS高度、DMC磁航向和GPS航向誤差特性互補的特點，分別研究了組合高度和組合航向的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。提出了氣壓高度與GPS高度的互標定算法：利用氣壓高度短時間相對高度精度高的優(yōu)點，對GPS高度誤差進行自適應標定，提高GPS高度的精度；基于多階全微分的氣壓高度原理誤差模型，采用最小二乘算法，通過GPS高度信息，對氣壓高度的原理誤差進行在線初始化標定，解決氣壓高度精度隨時間和環(huán)境變化變差的問題。將相對高度差引入自適應聯(lián)邦卡爾曼濾

6、波(Federated Kalman Filter，F(xiàn)KF)信息分配算法，實現(xiàn)了氣壓高度和GPS高度的數(shù)據(jù)融合。通過對DMC動態(tài)磁干擾數(shù)據(jù)的分析，提出了DMC動態(tài)磁干擾識別參數(shù)。介紹了最小二乘支持向量機(Least Squares Support Vector Machine，LS-SVM)分類算法，并應用于DMC動態(tài)磁干擾識別的建模，實現(xiàn)了對磁羅盤動態(tài)磁干擾的有效識別。在此基礎(chǔ)上，將DMC動態(tài)磁干擾識別應用于自適應FKF信息分配算法，

7、實現(xiàn)了DMC磁航向和GPS航向的數(shù)據(jù)融合。
　　 5、高度、航向組合傳感器儀表原型樣機的研制。設(shè)計了組合傳感器儀表的輸入單元，研制開發(fā)了基于ARM11處理器S3C6410的高度、航向組合傳感器儀表的原型樣機：分析了嵌入式開發(fā)平臺的功能要求，設(shè)計了嵌入式開發(fā)平臺的硬件電路；完成了嵌入式linux內(nèi)核、第三方庫和QtE的移植，完善了硬件接口的驅(qū)動；完成組合傳感器儀表輸入的同步性設(shè)計，并通過高精度時鐘的研究，提高了系統(tǒng)的實時性；設(shè)計了