基于pc104总线的gfsins导航计算机系统研究

分类号： UDC ： 工学硕士学位论文 密级： 编号： 基于P C 1 0 4 总线的G F S I N S 导航 计算机系统研究 硕士研究生： 指导教师： 学位级别 ： 学科专业 ： 所在单位 ： 论文提交日期： 论文答辩日期： 学位授予单位： 曹国峰 吴俊伟教授 工学硕士 检测技术与自动化装置 自动化学院 2 0 0 9 年1 2 月 2 0 1 0 年0 3 月 哈尔滨工程大学 R e s e a r c ho fG F S I N S N a v i g a t i o n C o m p u t e rS y s t e m B a s e do nP C 1 0 4B u s C a n d i d a t e ：C a oG u o f e n g S u p e r v is o r ：P r o f W uJ u n w e i A c a d e m i cD e g r e eA p p li e df o r ：M a s t e ro fE n g i n e e r i n g S p e c i a li t y ：D e t e c t i o nT e c h n o l o g ya n dA u t o m a t i cE q u i p m e n t D a t eo fS u b m i s s i o n ：D e c e m b e r ，2 0 0 9 D a t eo fO r a lE x a m i n a ti o n ：M a r c h ，2 0 1 0 U n i v e r s i t y ：H a r b i nE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：喀l 司雌 日期：棚D 年弓月0 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 囱在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：中l 目咩导师( 签字) ：易7 书 日期：一- ，口年弓月矿日如f 口年弓月 系统。由于无陀螺捷联惯导系统舍弃了陀螺，从而避开了因陀螺动态范围小 而引起的一系列难题。与有陀螺捷联惯导系统相比，无陀螺捷联惯导系统具 有低成本、低功耗、快速反应、高可靠性和长寿命等优点，特别适合用于角 加速度和角速度动态范围大的载体进行惯性导航。因此，对无陀螺捷联惯导 系统的研究越来越受到国内外专家学者的重视。本文所研究的重点是建立无 陀螺捷联惯导系统的硬件环境，为验证无陀螺捷联惯导系统理论的正确性和 可应用性提供实验平台。 本文给出了载体上任意一点的加速度输出以及无陀螺捷联惯导系统中加 速度的输出公式，在理论上验证了无陀螺捷联惯导系统的可行性。并在此基 础上，重点做了以下几个方面的工作： 1 分析了无陀螺捷联惯导系统导航计算机的特点，指出了传统导航计算 机的不足之处，并针对无陀螺捷联惯导系统提出了具有双C P U 结构的导航计 算机设计方案。 2 设计并实现了具有双C P U 结构的无陀螺捷联惯导系统的硬件架构， 包括加速度计的配置方式、系统结构设计、C P U 任务划分、数据采集、双 C P U 通信、串口扩展等。 3 编写了导航计算机系统软件，包括单片机系统软件和P C 1 0 4 系统软 件，并实现了双C P U 的协调工作。进行了导航计算机系统的调试及运行测试， 进而对系统进行了改进，提高了系统性能。 测试结果表明，导航计算机系统运行可靠、反应灵敏，能够输出比较稳 定的加速度计信息，为无陀螺捷联惯导系统的研究工作奠定了基础。 关键词：无陀螺捷联惯导系统；导航计算机；双C P U ：P C 1 0 4 ：S T M 3 2 哈尔滨T 秤大学硕十学位论文 A BS T R A C T T h eG y r o s c o p eF r e eS t r a p d o w nI n e r t i a l N a v i g a t i o nS y s t e m ( G F S I N S ) i sa k i n do fS I N Sw i t ho n l ya c c e l e r o m e t e r s B e c a u s eo fg y r o s c o p e - f r e e ，as e r i e so f d i f f i c u l t i e s ，c a u s e db yt h en a r r o wd y n a m i co p e r a t i n gr a n g eo fg y r o s c o p e s ，c a nb e a v o i d e d C o m p a r e dw i t hS I N S ，G F S I N Sh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fl o wc o s t ，l o w p o w e rc o n s u m p t i o n ，f a s tr e s p o n s e ，a n dS Oo n T h e r e f o r e ，e x p e r t sa n ds c h o l a r sa t h o m ea n da b r o a dp a ym o r ea t t e n t i o nt oG F S I N S I nt h i sp a p e r ' t h ef o c u so ft h e s t u d ya i m st ov e r i f yt h et h e o r yo fG F S I N Sb yp r o v i d i n gae x p e r i m e n tp l a t f o r m I nt h i sp a p e r ，t h eo u t p u tf o r m u l a s o fa c c e l e r o m e t e r si nG F S I N Sw e r e d e r i v e d ， a n dt h ef e a s i b i l i t yo fG F S I N Si nt h e o r yw a sp r o v e d B a s e do nt h et h e o r y , t h e f o l l o w i n ga s p e c t so fw o r kh a v eb e e nd o n e 1 I tw a sd o n et oa n a l y s et h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h en a v i g a t i o nc o m p u t e ro f G F S I N S T h ed i s a d v a n t a g e so fc o n v e n t i o n a ln a v i g a t i o nc o m p u t e rw e r ep o i n t e d o u t A n dt h ed e s i g ns c h e m eo fn a v i g a t i o nc o m p u t e rw i t h2C P U sf o rG F S I N Sw a s p r o p o s e d 2 T h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r eo fG F S I N SW a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d ， i n c l u d i n gt h ec o n f i g u r a t i o no ft h ea c c e l e r o m e t e r s ，t h ed e s i g no fs t r u c t u r e ，t h ed a t a a c q u i s i t i o nm o d u l e ，t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd u a lC P U ，a n dt h eU A R T e x p a n s i o ne t c 3 T h es y s t e ms o f t w a r e ，i n c l u d i n gM C Us o f t w a r ea n dP C 1 0 4s o f t w a r e ，w a s p r o g r a m m e d A n di tm a d et h ed u a lC P Ur u nw e l l F o rt h ep u r p o s eo fh i g h p e r f o r m a n c e ，t h en a v i g a t i o nc o m p u t e rs y s t e mw a si m p r o v e df u r t h e r l y T h et e s tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en a v i g a t i o nc o m p u t e rw a se q u i p p e dw i t h h i g hp r e c i s i o na n dh i g hs t a b i l i t y I tl a i daf o u n d a t i o nf o rt h er e s e a r c hw o r ko f G F S I N S K e yw o r d s ：G F S I N S ；n a v i g a t i o nc o m p u t e r ；D u a lC P U ；P C 1 0 4 ；S T M 3 2 6 o 1 2 无陀螺捷联惯导系统2 1 2 1 无陀螺捷联惯导系统的特点“3 1 2 2 无陀螺捷联惯导系统的发展概况3 1 3 课题研究的背景及意义”4 1 4 论文研究的内容及主要工作4 第2 章无陀螺捷联惯导系统的基本原理·6 2 1 弓I 言”6 2 2 无陀螺捷联惯导系统的工作原理·6 2 3 载体上任意一点的加速度输出·8 2 4 无陀螺捷联惯导系统的加速度输出9 2 5 加速度计的配置方案