本論文討論了基于北斗導(dǎo)航定位的組合導(dǎo)航設(shè)備設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。隨著航空設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率提升的要求,在我國(guó)航空導(dǎo)航領(lǐng)域原有的基于GPS的定位系統(tǒng),被逐步要求替換為我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上通過(guò)設(shè)計(jì)由北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ),慣性導(dǎo)航模塊為輔助的組合導(dǎo)航設(shè)備,將會(huì)使得航空導(dǎo)航設(shè)備這一專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率有所提高。以此同時(shí),組合導(dǎo)航設(shè)備的使用在飛行器導(dǎo)航坐標(biāo)的精確性,飛行器姿態(tài)控制中扮演者重要的角色。在大多數(shù)國(guó)內(nèi)外的航空導(dǎo)航定位設(shè)備中,目前多采用GPS定位系統(tǒng),隨著北斗定位衛(wèi)星的數(shù)量不斷增多,北斗定位系統(tǒng)精度也不斷提高。從國(guó)產(chǎn)定位導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)提高國(guó)內(nèi)航空飛行器的安全性和降低導(dǎo)航設(shè)備成本的需求出發(fā),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一款國(guó)內(nèi)自主的基于北斗定位導(dǎo)航設(shè)備是十分必要的。同時(shí),組合導(dǎo)航設(shè)備彌補(bǔ)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在丟星,遮擋,多徑和干擾等情況下測(cè)量不準(zhǔn)的缺陷;在測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)的載體時(shí),可以輸出200Hz的位置和速度信息,大大提高了位置和速度輸出的連貫性。組合導(dǎo)航設(shè)備是一款高度集成化的產(chǎn)品,體積小,重量輕,適合大部分應(yīng)用場(chǎng)合。其設(shè)備的設(shè)計(jì)原理為,由Ellipse2-E-M1慣導(dǎo)器件作為信號(hào)發(fā)送和傳遞介質(zhì),由Ellipse2-E-M1慣導(dǎo)設(shè)備通過(guò)傳感器感知自身姿態(tài)并發(fā)送信號(hào),對(duì)采集的飛行定位數(shù)據(jù)和慣性制導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙通道收集;其接收信號(hào)的主要來(lái)源之一為Ellipse2-M1系列的慣性導(dǎo)航模塊,另一路定位數(shù)據(jù)來(lái)源于基于北斗定位的OEM617D導(dǎo)航模塊。Ellipse2-E-M1慣導(dǎo)設(shè)備內(nèi)部的主要解算方法是EKF(擴(kuò)展卡爾曼濾波)算法,通過(guò)該高效率的算法可以將動(dòng)態(tài)慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)完美解析。組合導(dǎo)航儀器通過(guò)集成慣性傳感器和北斗衛(wèi)星定位模塊組成,因?yàn)檫x擇的Ellipse2-E-M1慣導(dǎo)設(shè)備內(nèi)部同時(shí)提供了對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的融合算法,可將OEM617D導(dǎo)航模塊解算出的北斗定位信息進(jìn)行融合分析,因此可將接收的北斗數(shù)據(jù)進(jìn)行完整輸出。組合導(dǎo)航設(shè)備設(shè)計(jì)高低兩種配置方式實(shí)現(xiàn),低配方式集成Ellipse2-M1及OEM617D定位模塊,使用輔助GPS技術(shù),用于測(cè)向、定位及精確導(dǎo)航;高配配方式在原有低配方式集成的基礎(chǔ)上,通過(guò)STM32低功耗控制器連接Ellipse2-M1及16GB的Emmc,Ellipse2-M1數(shù)據(jù)通過(guò)STM32串口存儲(chǔ)于Emmc,STM32對(duì)Emmc進(jìn)行SD化的驅(qū)動(dòng)后對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě),文件系統(tǒng)為FATFS格式。系統(tǒng)要求:內(nèi)置的北斗導(dǎo)航模塊可通過(guò)2路信號(hào)接收天線,對(duì)飛行時(shí)速,飛行方向,經(jīng)緯度信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析;內(nèi)置Ellipse2-M1慣性導(dǎo)航模塊,對(duì)飛行器的加速度和角速度進(jìn)行狀態(tài)計(jì)算分析;對(duì)橫滾角,俯仰角,航向角和升沉飛行姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量;經(jīng)擴(kuò)展卡爾曼濾波解算分析后的定位信息,航向數(shù)據(jù),速度數(shù)據(jù)等信息可由高達(dá)200Hz的頻率由組合導(dǎo)航總接口輸處。數(shù)據(jù)存儲(chǔ),Ellipse2-M1慣性導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)經(jīng)由STM32芯片存儲(chǔ)于16GB的Emmc。本論文首先簡(jiǎn)要介紹該組合導(dǎo)航設(shè)備的總體要求。再根據(jù)設(shè)備特性分析,提出了使用慣性導(dǎo)航模塊為計(jì)算和傳輸核心,計(jì)算姿態(tài)信息和傳輸多路信息;位置信息的接收通過(guò)主從2根天線接收位置信息,通過(guò)OEM617D模塊對(duì)北斗定位系統(tǒng)進(jìn)行解算分析定位;以STM32處理器加Emmc數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。總體滿足飛行器導(dǎo)航定位信息準(zhǔn)確、姿態(tài)參數(shù)反饋及時(shí)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大的功能要求。組合導(dǎo)航設(shè)備的設(shè)計(jì)基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提高了導(dǎo)航設(shè)備應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)化率,同時(shí)該設(shè)備加載了高精度的慣性控制設(shè)備,使得組合導(dǎo)航在丟星和外部信號(hào)干擾的環(huán)境下依然能夠提供精確的飛控參數(shù)。并在此基礎(chǔ)上提供了其他通用性的案例,在原有的基本要求下設(shè)計(jì)了USB和CAN總線接口,對(duì)于除航空飛行器以外的其它行業(yè)的交通工具上的使用也具有現(xiàn)實(shí)意義。由于設(shè)計(jì)要求為低功耗,沒(méi)有設(shè)計(jì)導(dǎo)航定位的冗余定位,同時(shí)在存儲(chǔ)器件的選擇上為了防止飛行器的震動(dòng)使用的BGA封裝的Emmc數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片,有可能在存儲(chǔ)時(shí)出現(xiàn)存儲(chǔ)滿的情況,所以在設(shè)備每次上電復(fù)位時(shí)需要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行自檢,對(duì)開(kāi)機(jī)速度有一定影響。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN967.2
【部分圖文】：

圖1.1 GPS 系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖[1]除了采用 GPS 的導(dǎo)航定位設(shè)備以外，歐洲和其他一些國(guó)家還采用了民用衛(wèi)星系統(tǒng)(GLASS— globalnavigation satellite system)，首先，通過(guò)先使用 G渡，通過(guò)對(duì) GPS 系統(tǒng)的使用，掌進(jìn)行導(dǎo)航定位技術(shù)儲(chǔ)備后，移至 INMARS星導(dǎo)航系統(tǒng)作為臨時(shí)方案。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具備兼容 GPS、俄羅斯 GL系統(tǒng)的第二代 GLASS 導(dǎo)航系統(tǒng)。相關(guān)的設(shè)備廠商多數(shù)位于法國(guó)，如:阿爾卡 SBG 公司等大型導(dǎo)航設(shè)備廠商。俄羅斯的 GLONASS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在俄軍控制下，服務(wù)于俄羅斯國(guó)防部門(mén)并且始終由國(guó)防部獨(dú)立運(yùn)作。此外 INMARSAT  3 也在少量應(yīng)用于日本國(guó)內(nèi)。以上這些定位系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用范我國(guó)也于本世紀(jì)初，通過(guò)發(fā)射北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，逐步建立起了自己的衛(wèi)星導(dǎo)統(tǒng)[5]，并且作為國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)和國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，科技部發(fā)布了針對(duì)“置服務(wù)”的專項(xiàng)科技規(guī)劃文件，并準(zhǔn)備于“十二五”期間實(shí)施。2012 年我北斗系統(tǒng)空間信號(hào)接口控制文件正式版，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的商業(yè)化用途被

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2 北斗系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖[5]相對(duì)于眾多的國(guó)外產(chǎn)品，本設(shè)備在比較國(guó)內(nèi)外大多數(shù)同類產(chǎn)品的功能上，做到了功能與其他產(chǎn)品功能性能相近，并且在此基礎(chǔ)上具有數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是本次設(shè)計(jì)的重要部分，通過(guò)調(diào)查目前市場(chǎng)上的組合導(dǎo)航設(shè)備，基本上不設(shè)計(jì)存儲(chǔ)模塊。其原因有以下幾方面：首先，存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)會(huì)影響設(shè)備的總體穩(wěn)定性。再次，存儲(chǔ)模塊的開(kāi)發(fā)不單單是物理設(shè)備的電氣連接，需要通過(guò)軟件和算法進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化，設(shè)計(jì)成本較高。最后，存儲(chǔ)設(shè)備占用外接信號(hào)線，對(duì)本就不太豐富的接口資源有較大的占用，并且存儲(chǔ)模塊的外部接口對(duì)總線接口而言是必須預(yù)留，但接口使用頻率較低。因此

圖1.2 北斗系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖[5]外產(chǎn)品，本設(shè)備在比較國(guó)內(nèi)外大多數(shù)性能相近，并且在此基礎(chǔ)上具有數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)查目前市場(chǎng)上的組合導(dǎo)航設(shè)備：首先，存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)會(huì)影響設(shè)備物理設(shè)備的電氣連接，需要通過(guò)軟件存儲(chǔ)設(shè)備占用外接信號(hào)線，對(duì)本就不的外部接口對(duì)總線接口而言是必須預(yù)存儲(chǔ)功能的設(shè)計(jì)，對(duì)市場(chǎng)上大多數(shù)的由于是自主研發(fā)，其產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)低于收機(jī)導(dǎo)航儀單價(jià) 12 萬(wàn)元人民幣，組合人民幣。SBG 導(dǎo)航儀，如下圖 1.3 所

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李海林;吳德偉;張斌;趙穎輝;何晶;;高超聲速飛行器組合導(dǎo)航體系效能評(píng)估[J];火力與指揮控制;2017年01期

2 叢麗;王音心;路輝;;基于動(dòng)態(tài)判斷的組合導(dǎo)航性能改進(jìn)方法[J];探測(cè)與控制學(xué)報(bào);2017年02期

3 楊陽(yáng);劉建娟;劉楠]

本文編號(hào)：2814395