基于FPGA的光纤陀螺捷联惯导的应用研究

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光纤陀螺捷联惯导系统以数学平台代替了实体平台,是一种十分先进的惯性导航系统。其与平台式导航系统比较,具有体积小,重量轻,成本低,可靠性高的特点。因此,国内外对这方面的研究都比较多。而光纤陀螺以其寿命长、瞬时启动、结构简单、全固态等优点而得到广泛的应用。本论文以实际工程项目为背景,对光纤陀螺捷联惯导系统进行了研究分析,完成了核心板的硬件及软件设计。传统的光纤陀螺捷联惯导系统板硬件设计以DSP+FPGA为核心,出现了体积大,接口通讯复杂,功耗大等问题。本论文针对传统硬件问题,提出了全新的基于SmartFusionFPGA的硬件设计,该芯片集FPGA+ARM于一体。各硬件单元以该FPGA为核心,完成FPGA最小系统的设计,在FPGA中完成了SPI,UART,I2C,TIMER等设计,并在FPGA中实现了光纤陀螺的脉冲采集。加速度计作为测量单元的一部分,对其数据的采集也至关重要,本文针对NV-QA101挠性加速度计的电流信号,设计了放大调理电路,采用高精度24位AD转换芯片,进行了数据采集。为确定惯性敏感器对给定应用的适应性,本论文针对光纤陀螺惯性测量单元进行了标定,首先建立了三轴光纤陀螺和三轴加速度计的静态误差模型,在理想情况下推导出了模型中各个相关量的计算公式,在此基础上提出了十二位置法进行光纤陀螺的零偏及加速度计零偏、标度因数、安装误差、二次项系数的实验测定,考虑到温度的影响,对零偏、安装误差等建立了温度的三阶模型。在MATLAB中使用robustfit函数,拟合出各项系数。最后,通过环境试验等,验证了误差模型及标定方法的有效性。在系统调试及测试过程中,系统工作稳定可靠,实现了光纤陀螺捷联惯导的功能,具有很好的实际工程参考及应用价值。
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