惯性导航系统的同步输出数据系统研究

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1、：密级：分类号ＵＤＣ：：编号工学硕士学位论文惯性导航系统的同步输出数据系统研究硕士研宄生：王红超指导教师：黄卫权教授？学科．控制科学与工程、专业论文主审人：丁继成副教授哈尔滨工程大学２０１７年１２月分类号：_______________密级：_______________UDC：_______________编号：_______________工学硕士学位论文惯性导航系统的同步输出数据系统研究硕士研究生：王红超指导教师：黄卫权教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：丁继成副教授哈尔滨工程大学2017年12月分类号

2、：_______________密级：_______________UDC：_______________编号：_______________工学硕士学位论文惯性导航系统的同步输出数据系统研究硕士研究生：王红超指导教师：黄卫权教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonSynchronousOutputDataSystemofInert

3、ialNavigationSystemCandidate:WangHongchaoSupervisor:Prof.HuangWeiquanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:Dec.2017DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity√摘要惯性导航系统是利用陀螺仪和加速度计这两种惯性敏感器件，通过测量运动载

4、体的加速度和角速度而实现的自主式导航。同步输出数据系统作为惯性导航系统的重要组成部分，其数据传输的实时性，直接影响着惯导系统的总体性能。然而，惯导系统的同步输出数据系统存在时间延迟问题，针对该问题，业界内多采取提高惯导装置硬件性能，或者改进软件算法等措施进行补偿，但是随着惯导系统不断向高精端领域的发展，以上措施便很难满足惯导系统的技术要求。为此，本文针对惯性导航系统的同步输出数据系统进行深入研究，提出软硬件相结合的方法对惯导系统的同步输出数据系统存在的时间延迟问题进行解决。首先对惯性导航系统的同步输出数据系统工作原理进行分析，发现同步录取装置秒脉冲和惯导系统解算时钟间存

5、在异步的问题，使惯导系统输出数据出现时间延迟现象。通过分析导航数据、惯导时钟和同步录取装置秒脉冲之间的逻辑关系，建立一个确定时间延迟的数学模型，该数学模型需要惯导数据的时钟周期的定时计数结果作为参数，因此设计一款基于PCI总线通信的定时计数板卡。该板卡主要是对惯导数据的时钟周期进行定时计数，利用最小二乘、贝塞尔和拉格朗日三种多项式拟合方法对定时计数结果分别进行插值处理，实现对时间延迟的误差补偿。通过对这三种拟合方法的仿真对比，选择使用拟合效果较好的最小二乘多项式拟合方法进行插值处理。其次给出了基于PCI总线通信的定时计数板卡的整体设计和开发流程。对PCI总线的基本结构特

6、点以及各模块芯片功能进行详细介绍，板卡选用82C54可编程逻辑芯片实现对惯导装置传输数据的时钟周期进行定时计数，选用指定的接口芯片PCI9030实现PCI总线通信，FPGA芯片采用的是Xilinx公司的Spartan-6系列芯片，实现对定时计数、总线接口以及UART通信等模块的逻辑控制。定时计数通信板卡分别从硬件和软件两方面进行设计，硬件方面主要内容：以PCI9030为主的总线接口电路，以82C54为主的定时计数电路，以FPGA为核心的外围硬件电路以及UART通信电路。软件方面主要内容：采用WinDriver开发工具编写驱动程序，利用VC++6.0提供的MFC控件设计P

7、CI数据通信显示界面。最后是对整体方案的仿真及测试。利用Verilog编写测试文件，调用Modelsim软件对PCI的读写功能、UART通信模块数据收发功能以及82C54的定时计数功能进行仿真。然后对板卡进行整体测试，将FPGA锁存的定时计数值通过PCI接口发送至上位机，并由PCI数据通信界面实时显示，通过对接收数据进行分析，验证板卡能够实现数据传输和定时计数功能。关键字：惯性导航系统；定时计数；时间延迟；PCI通信；同步录取ABSTRACTTheinertialnavigationsystem(INS)mainlynavigatesth