捷联惯导高精度加速度计信号采集单元的设计与实现
基于FPGA的捷联式惯导算法研究与实现的开题报告
基于FPGA的捷联式惯导算法研究与实现的开题报告主题：基于FPGA的捷联式惯导算法研究与实现研究背景惯性导航系统是一种基于惯性测量单元（IMU）和处理器的组合，可用于实时推导移动物体的位置和姿态。
在航空、航天、军事和民用领域，惯性导航系统都有广泛的应用。
传统的惯性导航系统主要采用姿态解算方法来实现导航计算，其中最常用的一种是捷联式惯性导航算法。
捷联式惯导系统将惯性测量单元值（加速度计和陀螺仪）与地理位置和磁场计算结合起来，以实现高精度的位置和姿态的测量。
最近，基于FPGA（可编程逻辑门阵列）的捷联式惯性导航系统的研究已经引起了广泛的关注。
相对于CPU实现和ASIC实现，FPGA实现的惯导算法可以通过更快的运行速度和更高的计算功率来实现更高级的信号处理能力，以及更准确的计算结果。
此外，FPGA实现的惯导算法也具有更好的适应性和可扩展性，因为FPGA系统可以自由调整系统规模，以满足具体应用的要求。
研究目标本研究的主要目标是研究和实现基于FPGA的捷联式惯导算法。
具体来说，本研究的工作包括但不限于以下几个方面：1.研究捷联式惯性导航算法的原理和实现方法，包括姿态解算和位置计算；2.设计FPGA系统平台，并实现惯导算法的硬件架构和逻辑；3.开发和实现惯导算法的软件代码和接口；4.测试和评估基于FPGA的捷联式惯导算法的性能和精度。
研究内容本研究的具体内容包括以下几个方面：1.探索和研究不同姿态解算算法的优缺点，并选择最合适的算法；2.设计捷联式惯性导航系统的硬件平台架构，包括传感器接口、数据总线、FPGA主板和其他外部设备；3.实现捷联式惯性导航系统的硬件逻辑，包括数据处理、运算单元、状态机和时序控制器等部分；4.编写软件代码，实现对系统的控制和数据读取，以及惯导算法的调用和参数传递；5.测试和评估系统的性能和精度，包括姿态解算、位置计算和误差分析；6.设计和实现系统的界面和展示功能，以便用户能够方便地查看惯导算法计算的结果和运行状态。
光纤捷联惯性测量单元设计与实现
第14卷第3期中国惯性技术学报 2006年6月V ol.14No.3 Journal of Chinese Inertial Technology Jun. 2006 文章编号：1005-6734(2006)03-0077-03光纤捷联惯性测量单元设计与实现杨 胜，房建成，盛 蔚(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100083)摘要：提出了一种捷联式惯性测量单元的设计与实现方法。
该系统以开环光纤陀螺和硅微加速度计作为惯性敏感元件，采用高速DSP作为中央处理器实现数据采集、处理及输出。
重点介绍了系统的数据采集模块、处理模块、通讯模块等硬件电路及相应软件的设计。
系统通过转台实验进行了离线标定及在线补偿，测试结果表明：系统在功能、精度以及实时性等方面达到了预期的设计目标。
关键词：光纤陀螺；捷联式惯性测量单元；数据采集；数字信号处理器中图分类号：U666.1 文献标识码：ADesign and realization of strapdown inertialmeasurement unit based on FOGYANG Sheng, FANG Jian-cheng, SHENG Wei(School of Instrument Science and Optoelectronic Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China)Abstract: This paper presents a design and realization method of Strapdown Inertial Measurement Unit (SIMU) using open-loop fiber optic gyroscopes (FOG) and MEMS accelerometers. A high-speed digital signal processor (DSP) is used to carry out data acquisition, digital signal processing, and result output. The design of system hardware and software is presented in detail. The off-line calibration and on-line compensation have been done in the turntable test, and the result shows that the design requirement is achieved.Key words: FOG; SIMU; data acquisition; DSP0 引 言随着以计算机为“数学平台”的捷联惯性导航与制导技术的发展，由捷联式惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)构成的系统在某些应用中正在逐渐取代传统的框架式系统。
捷联惯导系统数据采集卡的设计
数， 从而解调 出待测转速其转动方向。 ２ 数 字滤波模 块设 计 在二 频机 抖 动激 光 陀 螺输 出的计 数信 号 中 ， 包 含
模块 ， 但这 种方 法会 引人新 的时钟 域 ， 处 理上需 要采 取
１ ． ２ 陀螺信 号采 集 的硬 件设 计
Ｉ ４ ２ 捷联 惯 导 系统 的输 出信 号共有 ｌ ２ 路， 分别 是 ６
路陀螺信号 ， ６ 路加速度计信号 。 、 Ｙ 、 ｚ 三个陀螺和 加 速度 计 各 对应 两路 信 号 ， 且 本 系统 的每个 惯性 器 件
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ２
文献标识码 ； Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ ３ — ７ ７ ３ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ １ ０ ８ — ０ ２
０ 引 言
存 储 下来 的整形 前后 的信 号 图 。激 光陀 螺数 据 采集 就 是 采 用恰 当的方 法 ， 对两 路 方波 信 号进 行 判 向 和计
非常重要的组成部分 ， 在 深入 分析激光陀螺和加 速度 计的输 出信号的基 础上 ， 完成 了基 于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的数据采集 电路的 设计 ， 使用Ｉ Ｐ 核 来 实现 数字滤波模块 ， 通过 实验表 明 ， 该采集卡计数 实时而准确 ， 滤波效果达到设计要求 ， 采用 Ｆ Ｐ —
Ｇ Ａ大 大 简化 了装 置 ， 提 高 了 系统 的 简 易性 和 配 置 的 灵 活 性 。 关键词 ： Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 激 光 陀螺 ； 数据采集 ； Ｉ Ｐ 核
了抖 动 分量 和 待测 的惯性 输 入 角速 率分 量 。Ｉ ４ ２ 激 光
BC104总线的加速度计数据采集系统设计与实现
基于PC104总线的加速度计数据采集系统设计与实现3宋敏达,许化龙,李 华,王 凯(第二炮兵工程学院,西安 710025)摘 要:加速度计是捷联惯导系统的核心部件,由于捷联惯导系统恶劣的工作环境,通常以I/F转换或A/D 采样方案设计的加速度计数据采集系统在测试中均有局限性,因此基于PC104总线提出I/F和A/D相结合的方法,设计了高精度加速度计数据采集系统,该系统同时具有I/F和A/D方案的优点。
从参数标定中可以看出,无论是精度、实时性、可靠性,还是动态测试范围都得到了极大的改善,其中测量精度远高于10-5g。
关键词:PC104总线;I/F;A/D;数据采集;标定中图分类号:T J76513;TP27412 文献标志码:ADesign and R ealization of Accelerometer DataAcquisition System B ased on PC104BusSON G Minda,XU Hualong,L I Hua,WAN G Kai(The Second Artillery Engineering College,Xi’an710025,China)Abstract:Because of harsh environment that strapdown inertial guidance system works in,the conventional accelerator data acquisition systems(ADAS)such as I/F converter and A/D acquisition have limitations in testing.Therefore,a new method which combing I/F and A/D based on PC104bus was proposed,and an ADAS module with the advantages of I/F and A/D schemes was designed.It can be found from the parameter calibration that the dynamic measurement range,accuracy,reliability and real2time are improved greatly.The accuracy is far higher than10-5g.K eyw ords:PC104Bus;I/F;A/D;data acquisition;calibration0 引言加速度计作为捷联惯导系统的心脏,其测量系统的精度和性能直接影响到惯导系统的精度[1],因此研制高性能的加表信号采集系统一直是国内外关注的重点。
捷联系统中加速度计的信号采集
If
抗干扰力强, 接口简 单, 不会丢失任何信号
抗干扰力强, 接口简
I f+ A
D
单, 转 换 速 率 快, 采 样 精 度 高, 分 辨 率 高, 不
会丢失信号
分 辨 率 低, 采 样 点 精 度 不 高, 转换速率不快
对解算计算机 要求高, 费用高
转换成数字量. 由于A D 转换芯片、运放、电阻等
表 1 A D , I f , A D + I f 优缺点比较
采样方法
优 点
缺 点
AD
转换速率快, 采样精 忽 略 小 信 号,
度高, 分辨率高
接口电路要求高
2. 2 I f + A D 采样方法和 I f , A D 采样方法 的优缺点对比
采用A D 采样时, 由于加表输出的是电流信 号, 常规的处理方式是将电流量转化为电压量 (加 精密电阻) , 经过放大、滤波等, 由 A D 转换芯片
0
∫T 2
Q2 = -
(Ic - i) dt
(2)
0
形成动态平衡后, Q 1+ Q 2= 0, 则
∫ ∫ T1
T2
idt = -
(Ic - i) dt
(3)
0
0
解出
(T 1 + T 2) × i = Ic × T 2
(4)
令 f = 1 (T 1+ T 2) , f p = 1 T 2, 则
f = (i Ic) T 2 = (i Ic) × f p
在电路中的功能, 对器件的某些性能有特殊的要 A D 转换器, 转换速率为 105 次 s, 信号范围0～ 5
求.
V 时, 可识别的采样电压范围为 76 ΛV～ 5V , 也
激光陀螺捷联惯导系统数据采集电路的分析与实现的开题报告
激光陀螺捷联惯导系统数据采集电路的分析与实现的开题
报告
题目：激光陀螺捷联惯导系统数据采集电路的分析与实现
一、选题背景
随着现代化技术的不断发展，惯性导航系统在军事、航空、航天等领域中的应用越来越广泛，而其中的激光陀螺捷联惯导系统因其高精度、高稳定性等特点，更是备受关注。
激光陀螺捷联惯导系统需要进行数据采集，而数据采集的质量直接影响到惯导系统的精度和稳定性。
二、研究目的
本课题旨在分析激光陀螺捷联惯导系统数据采集电路的设计原理和实现方法，探索如何提高数据采集的精度和稳定性。
三、主要内容
1. 激光陀螺捷联惯导系统的概述及其数据采集电路的作用和特点
2. 电路设计的原则、流程和注意事项，选择采用的主要元件和器件，如ADC、传感器等
3. 实现数据采集前的模拟信号处理，包括电子滤波、放大、抗干扰等
4. 实现数据采集后的数字信号处理，包括去噪、滤波、校准、误差补偿等
5. 测试电路的性能和效果，检验数据采集的精度和稳定性
四、预期成果
通过对激光陀螺捷联惯导系统数据采集电路的分析和实现，预计能够优化系统的数据采集质量，提高惯导系统的精度和稳定性。
五、研究方法
本课题主要采用文献资料查阅、电路原理仿真、电路实验测试等方法进行研究。
六、研究进度计划
1-2周：搜集资料，了解惯导系统的基本原理和数据采集的基本方法
3-4周：进行电路原理仿真和系统设计
5-6周：实际制作电路和进行实验测试
7-8周：分析实验结果和评估电路效果，撰写论文和报告
七、参考文献
1. 黄超. 激光陀螺捷联惯导系统的原理与应用. 北京：国防工业出版社，2018.
2. 网络资源：惯性导航系统原理与应用。
弹载加速度计组合连续数据采集系统设计与实现
弹载加速度计组合连续数据采集系统设计与实现
颜学义;邓自佑
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2010(032)007
【摘要】针对捷联式惯性导航系统中,弹载加速度计动态测量范围宽、精度高、实时性好、连续性强等特点,采用了I/F转换器与高精度频率计数的数据采集方案.详细讨论了该组合高速、高精度数据采集的理论基础---多周期同步,量化时延,并设计出连续采集的实现电路.文中详细描述了数据采集系统的硬件结构和软件流程,并采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)来实现大部分电路,增加了系统集成度,提高了系统工作可靠性,减低干扰.实践证明该数据采集系统具有很强的抗干扰能力,满足捷联式弹载加速度计组合的技术指标要求.
【总页数】4页(P202-205)
【作者】颜学义;邓自佑
【作者单位】岳阳职业技术学院,岳阳,414000;岳阳职业技术学院,岳阳,414000【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于PCI04总线的加速度计数据采集系统设计与实现 [J], 宋敏达;许化龙;李华;王凯
2.捷联惯测组合数据采集系统的设计与实现 [J], 谢雪峰
3.一种弹载三轴加速度计现场快速标定及补偿方法 [J], 冯凯强;李杰;魏晓凯
4.一种弹载三轴加速度计现场快速标定及补偿方法 [J], 冯凯强;李杰;魏晓凯;
5.自标定加速度计组合的设计与实现 [J], 卜继军;叶刚;余鲲;陈朝春;李宝林;帅师师因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《2024年捷联惯性导航系统关键技术研究》范文
《捷联惯性导航系统关键技术研究》篇一一、引言捷联惯性导航系统（SINS）是一种利用惯性测量单元（IMU）来获取和解析导航信息的先进技术。
它以其高精度、高动态性以及全自主工作的特性，在航空、航天、航海、车辆导航等领域中发挥着重要的作用。
本文将深入探讨捷联惯性导航系统的关键技术研究，从系统组成、工作原理、技术难点到解决方案等方面进行详细阐述。
二、系统组成与工作原理捷联惯性导航系统主要由惯性测量单元（IMU）、导航计算机、算法处理软件等部分组成。
其中，IMU是系统的核心，它包括加速度计和陀螺仪，用于实时测量载体在三维空间中的运动状态。
导航计算机则负责采集IMU的数据，通过算法处理软件进行数据解析和处理，最终输出导航信息。
捷联惯性导航系统的工作原理主要依赖于牛顿第二定律和角动量守恒定律。
通过测量载体的加速度和角速度，系统可以推算出载体的运动轨迹和姿态信息，从而实现导航定位。
三、关键技术研究1. 高精度IMU技术研究IMU的精度直接影响到整个系统的导航精度，因此提高IMU 的精度是捷联惯性导航系统的关键技术之一。
当前，研究者们正在通过优化加速度计和陀螺仪的设计和制造工艺，提高其测量精度和稳定性。
此外，采用先进的滤波算法和校准技术，也可以有效提高IMU的精度。
2. 算法优化技术研究算法是捷联惯性导航系统的核心，其优化程度直接影响到系统的性能。
目前，研究者们正在致力于开发更加高效的算法，以实现更快的数据处理速度和更高的导航精度。
同时，针对不同应用场景，如高动态、强干扰等环境，研究者们也在进行相应的算法优化工作。
3. 系统误差校正技术研究由于惯性器件的误差积累和环境干扰等因素的影响，捷联惯性导航系统在长时间工作时会产生较大的误差。
因此，系统误差校正是捷联惯性导航系统的另一个关键技术。
研究者们正在通过建立更加精确的误差模型，采用先进的校正算法和技术手段，对系统误差进行实时校正，以保证系统的导航精度和稳定性。
四、结论捷联惯性导航系统是一种重要的导航技术，具有广泛的应用前景。