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

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭的高技術(shù)特點表明，武器打擊的精確化已成為其在未來高新技術(shù)戰(zhàn)場上發(fā)展的必然趨勢，強對抗技術(shù)的復雜戰(zhàn)場迫切需求大量高精度的導航制導武器；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、精度適中的組合導航系統(tǒng)，這些迫切需求促使組合導航系統(tǒng)不斷朝著低功耗、低成本、小體積的方向發(fā)展，MIMU/GPS/電子羅盤組合導航系統(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、、電子羅盤最優(yōu)組合、形成優(yōu)勢互補，構(gòu)成一套具有低功耗、低成本、高可靠性、多冗余度的組合導航系統(tǒng)。
　　首先，分別對MIMU、GPS、電子羅盤的工作原理進行了分析，設(shè)計了系統(tǒng)總體方案；分析了MIMU、GPS、電子羅盤誤差產(chǎn)生機理，建立了對應(yīng)的數(shù)學模型。并針對電子羅盤誤差模型及特點，提出了一種基于橢球擬合的電子羅盤現(xiàn)場快速標定補償方法，并通過轉(zhuǎn)臺試驗驗證了該方法的正確性、有效性。
　　然后，設(shè)計了基于MIMU/GPS/電子羅盤的

3、聯(lián)邦濾波器。在統(tǒng)一坐標系的基礎(chǔ)上，提出了基于卡爾曼濾波技術(shù)的初始對準方法，引入電子羅盤輔助測姿完成系統(tǒng)粗對準，再用卡爾曼濾波算法進行精對準，進一步提高系統(tǒng)濾波精度。針對本系統(tǒng)高精度、高容錯性的實際應(yīng)用要求，設(shè)計了無重置式速度、位置、姿態(tài)分別組合的聯(lián)邦卡爾曼濾波算法，各子濾波器獨立工作，沒有反饋重置帶來的相互影響，保證了系統(tǒng)最高的容錯性能。
　　最后，搭建了DSP+FPGA雙核嵌入式組合導航電路。利用FPGA豐富的邏輯資源進行精確的

4、時序控制，以GPS接收機輸出的1PPS秒脈沖信號作為時間同步標簽，通過數(shù)據(jù)外推算法，實現(xiàn)MIMU、GPS、電子羅盤的同步采集。利用DSP作為信息融合中心，進行位置姿態(tài)實時解算、濾波算法以及上位機通信。DSP、FPGA相互配合、協(xié)調(diào)工作，共同完成導航解算任務(wù)。仿真試驗和實地跑車試驗表明，MIMU/GPS/電子羅盤組合導航系統(tǒng)能滿足系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求，具有成本低、體積小、精度高、容錯性高等特點，為今后進一步開展MIMU/GPS/電子羅盤組合