光纤捷联惯性导航系统的设计与实验研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文光纤捷联惯性导航系统的设计与实验研究姓名：何熠申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：高延滨20090301哈尔滨T程大学硕士学位论文摘妻捷联式导航系统由于其体积小、重量轻、可靠性高，成为近几年来惯性技术的发展方向。而将光纤陀螺应用于捷联系统又是当前的研究热点。在这种背景下，本文提出了一种基于FPGA的光纤捷联惯性导航系统的设计方案。论文主要有三部分工作：搭建系统硬件平台，实现对惯性器件的数据采集；对惯性器件进行误差建模，并设计标定实验对模型参数进行辨识；仿真捷联算法，并进行软件设计。硬件设计是系统实现的前提，论文首

2、先分析系统需求，给出了系统硬件设计的总体方案，并对数据采集部分作了详细介绍。然后，在系统实现数据采集的基础上，采用三轴转台测试法对惯导系统进行标定测试，并对测试数据进行处理，获得惯性器件的标度因数、零偏、安装误差角等信息。从结果可以看出，所选的光纤陀螺和加速度计能够满足系统设计需求。并根据标定测试中所得到的器件的相关参数，进行系统误差的仿真分析。紧接着，介绍了惯性导航的基本原理，并对算法进行仿真。用Matlab编程模拟载体运动，并生成陀螺和加速度计的信号，姿态更新算法选用四元数法，仿真结果理想。最后，在对捷联算法熟悉以后，进行系统软件的设计，并对系统进行

3、导航测试，实验结果表明，系统的数据采集和传送准确可靠、能够实现基本的导航功能，达到了本课题的预期目标。能够为在该领域开展工作的研究人员提供一定的参考。关键词：光纤陀螺：捷联惯导系统；FPGA：标定；导航解算哈尔滨下程大学硕士学位论文ABSTRACTAstheStrapdownInertialNavigationSystem(siNs)virtuesofsmallvolume,lightheavyandhighreliability,ithasbecometheresearchdirectionofinertialtechnologyinrecentyea

4、rs．EspeciallytheuseoffiberopticgyroisaresearchfocusinStrapdowntechnologyfield．Underthebackground，thispaperpresentsthedesignoftheSINSbasedonthefiberopticgyrowithFPGA．Thepaperhasthreemainpartsofwork：establishahardwareplatformforsystem，andrealizedataacquisitionofinertialdevices；buil

5、derrormodeloftheinertialdevices，anddesigncalibrationexperimentstoidentifythemodelparameters；simulatenavigationalgorithmanddevelopsystemsoftware．Firstly,thegeneralschemeofhardwaredesignwasgivenaccordingtothesystemdemandanalysis，andthedatacollectionpartWasdescribedindetail．Afterthe

6、realizationofdatacollection，weusedthehigh·accuracymultifunctionalthree-axisturntabletocalibratetheNavigationSystem．ThetestdataWasprocessedtogetcalibrationfactor,zero-biasandfixerrorangleofinertialinstruments．Thecalibrationresultshowsthatthefiberopticgyroandaccelerometercanmeetthe

7、requirementofsystemdesign．ThispaperalsointroducedtheelementtheoryoftheSINSandsimulatednavigationalgorithm．ThesimulationchoseMatlabprogrammetoimitatemovingcarrier,FOGandaccelerometersignals．Ourattitude-updatingalgorithmadoptedquatemion．Thesimulationresultprovesvalidityofalgorithmd

8、esign．Finally,systemsoftware，includingda