MIMU-GPS-電子羅盤(pán)組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的高技術(shù)特點(diǎn)表明，武器打擊的精確化已成為其在未來(lái)高新技術(shù)戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)展的必然趨勢(shì)，強(qiáng)對(duì)抗技術(shù)的復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)迫切需求大量高精度的導(dǎo)航制導(dǎo)武器；智能交通管理系統(tǒng)等民用領(lǐng)域也迫切需要低成本、高可靠性、精度適中的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，這些迫切需求促使組合導(dǎo)航系統(tǒng)不斷朝著低功耗、低成本、小體積的方向發(fā)展，MIMU/GPS/電子羅盤(pán)組合導(dǎo)航系統(tǒng)正是在這種背景下提出的。本文以DSP+FPGA電路為組合導(dǎo)航系統(tǒng)硬件載體，利用聯(lián)邦卡爾曼濾波算法將MIMU、GPS

2、、電子羅盤(pán)最優(yōu)組合、形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，構(gòu)成一套具有低功耗、低成本、高可靠性、多冗余度的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
　　首先，分別對(duì)MIMU、GPS、電子羅盤(pán)的工作原理進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體方案；分析了MIMU、GPS、電子羅盤(pán)誤差產(chǎn)生機(jī)理，建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。并針對(duì)電子羅盤(pán)誤差模型及特點(diǎn)，提出了一種基于橢球擬合的電子羅盤(pán)現(xiàn)場(chǎng)快速標(biāo)定補(bǔ)償方法，并通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性、有效性。
　　然后，設(shè)計(jì)了基于MIMU/GPS/電子羅盤(pán)的

3、聯(lián)邦濾波器。在統(tǒng)一坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，提出了基于卡爾曼濾波技術(shù)的初始對(duì)準(zhǔn)方法，引入電子羅盤(pán)輔助測(cè)姿完成系統(tǒng)粗對(duì)準(zhǔn)，再用卡爾曼濾波算法進(jìn)行精對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)濾波精度。針對(duì)本系統(tǒng)高精度、高容錯(cuò)性的實(shí)際應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)了無(wú)重置式速度、位置、姿態(tài)分別組合的聯(lián)邦卡爾曼濾波算法，各子濾波器獨(dú)立工作，沒(méi)有反饋重置帶來(lái)的相互影響，保證了系統(tǒng)最高的容錯(cuò)性能。
　　最后，搭建了DSP+FPGA雙核嵌入式組合導(dǎo)航電路。利用FPGA豐富的邏輯資源進(jìn)行精確的

4、時(shí)序控制，以GPS接收機(jī)輸出的1PPS秒脈沖信號(hào)作為時(shí)間同步標(biāo)簽，通過(guò)數(shù)據(jù)外推算法，實(shí)現(xiàn)MIMU、GPS、電子羅盤(pán)的同步采集。利用DSP作為信息融合中心，進(jìn)行位置姿態(tài)實(shí)時(shí)解算、濾波算法以及上位機(jī)通信。DSP、FPGA相互配合、協(xié)調(diào)工作，共同完成導(dǎo)航解算任務(wù)。仿真試驗(yàn)和實(shí)地跑車試驗(yàn)表明，MIMU/GPS/電子羅盤(pán)組合導(dǎo)航系統(tǒng)能滿足系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求，具有成本低、體積小、精度高、容錯(cuò)性高等特點(diǎn)，為今后進(jìn)一步開(kāi)展MIMU/GPS/電子羅盤(pán)組合