組合傳感器儀表關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著低空空域開(kāi)放的逐步深入，通用航空迎來(lái)迅速發(fā)展的春天。通用航空飛機(jī)的安全對(duì)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(diǎn)以及通用航空飛機(jī)成本方面的考慮，通用航空飛機(jī)配備的儀表必須是低成本、高可靠和相對(duì)高精度的。因此，研制具有上述特點(diǎn)的組合傳感器儀表對(duì)通用航空飛機(jī)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文通過(guò)對(duì)高度和航向測(cè)量的誤差建模與補(bǔ)償、多傳感器數(shù)據(jù)融合算法等，對(duì)高度、航向組合傳感器儀表進(jìn)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(cè)量和航向測(cè)量的分析與研究。簡(jiǎn)單介紹了GPS的組成，系統(tǒng)地闡述了GPS高度測(cè)量和航向測(cè)量的原理，深入分析了GPS高度測(cè)量和航向測(cè)量的誤差來(lái)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(cè)量的誤差建模與補(bǔ)償研究。介紹了氣壓高度測(cè)量的技術(shù)方案，指出了影響通用航空飛機(jī)氣壓高度測(cè)量精度的主要誤差來(lái)源：壓力傳感器輸出誤差和氣壓高度原理誤差。提出通過(guò)對(duì)硅壓阻式壓力傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)

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(duì)通用航空飛機(jī)飛行高度低，不適合采用標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度進(jìn)行高度測(cè)量的問(wèn)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(duì)高度的測(cè)量精度。在此基礎(chǔ)上，提出氣壓高度相對(duì)高度的測(cè)量方法，提高氣壓高度相對(duì)高度的測(cè)量精度。
　　 3、磁航向測(cè)量的磁干擾建模與誤差補(bǔ)償研究。介紹了磁航向測(cè)量的技術(shù)方案，簡(jiǎn)單分析了磁羅盤靜態(tài)磁干擾的原理和誤差補(bǔ)償方法。深入分析了磁羅盤動(dòng)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(jì)了基于DMC的磁航向系統(tǒng)。系統(tǒng)分析了動(dòng)態(tài)磁干擾對(duì)DMC的影響機(jī)制，提出了基于DMC的動(dòng)態(tài)磁干擾誤差建模和補(bǔ)償算法，并進(jìn)一步提出了改進(jìn)算法，有效地提高了磁羅盤動(dòng)態(tài)磁干擾的誤差補(bǔ)償效果，提高了動(dòng)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(duì)氣壓高度和GPS高度、DMC磁航向和GPS航向誤差特性互補(bǔ)的特點(diǎn)，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(biāo)定算法：利用氣壓高度短時(shí)間相對(duì)高度精度高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)GPS高度誤差進(jìn)行自適應(yīng)標(biāo)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(guò)GPS高度信息，對(duì)氣壓高度的原理誤差進(jìn)行在線初始化標(biāo)定，解決氣壓高度精度隨時(shí)間和環(huán)境變化變差的問(wèn)題。將相對(duì)高度差引入自適應(yīng)聯(lián)邦卡爾曼濾

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

7、實(shí)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(jī)的研制。設(shè)計(jì)了組合傳感器儀表的輸入單元，研制開(kāi)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(jī)：分析了嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)的功能要求，設(shè)計(jì)了嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)的硬件電路；完成了嵌入式linux內(nèi)核、第三方庫(kù)和QtE的移植，完善了硬件接口的驅(qū)動(dòng)；完成組合傳感器儀表輸入的同步性設(shè)計(jì)，并通過(guò)高精度時(shí)鐘的研究，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；設(shè)計(jì)了