寻北仪的数据采集及处理技术研究
|
摘要
陀螺方位仪和陀螺罗经作为自主导航设备已经越来越广泛地应用到各种舰艇中，为舰艇导航提供可靠的航向基准，同时为舰艇上的自动舵、航迹仪等提供方位基准。由于方位仪和罗经各自的缺点，二者均不能满足军用高速快艇的需求。基于此我们提出了一种基于PC／104的小型船用寻北仪方案。系统采取独特的机械编排方式，具有自主寻北、抗恶劣环境、体积小、成本低、能满足实战导航精度要求等优点，具有罗经和方位仪两种工作状态，在静基座和动基座下均能寻北，寻北时间小于6分钟。
本文根据寻北仪的总体方案，设计和实现了基于PC／104的寻北仪的数据采集及处理子系统的硬件电路，根据寻北仪的功能要求完成了数据采集及处理软件的设计编制，并对寻北仪的误差及补偿方法进行了研究。
实验结果表明，寻北仪的数据采集及处理子系统软硬件设计达到了设计指标要求，能够保障寻北仪快速寻北。
Gyro azimuth instrument and gyro compass are widely used in all kinds of vessels as the independent navigation equipment, and provide reliable heading basis for the vessel navigation, they also are used as the azimuth basis of autopilot and navigation plotter. Because of the limitation of Gyro azimuth instrument and gyro compass, they cannot used as the navigation equipment of the military speed boat.Then we put forward a project of a small north-seeker based on PC /104 for vessel. The system is constructed with a special and neat mechnical scheme, it owns the ability of quick north seeking, and it also has the superiority of anti execrable environment,small volume,less cost, the most important is that the system meets with the combat demand,has two kinds of working state with comprass and azimuth instrument,can both seek north in resting base and dynamic base, seek north mall in 6 minntes.
This text according to the total project of the north-seeker, design and realize the the hardware electric circuit of the data acquisition and collecting sub-system for north-seeker according to PC/104,according to the function of the north-seeker to complete the design of the data acquisition and processing software,and carried on a research to the error analysis and its compensate.
The result of experiment indicated that the hardware and software design of the data acquisition and collect for north-seeker satisfy the design index request,can guarantee to north-seeker seeking north quickly.
本文根据寻北仪的总体方案，设计和实现了基于PC／104的寻北仪的数据采集及处理子系统的硬件电路，根据寻北仪的功能要求完成了数据采集及处理软件的设计编制，并对寻北仪的误差及补偿方法进行了研究。
实验结果表明，寻北仪的数据采集及处理子系统软硬件设计达到了设计指标要求，能够保障寻北仪快速寻北。
Gyro azimuth instrument and gyro compass are widely used in all kinds of vessels as the independent navigation equipment, and provide reliable heading basis for the vessel navigation, they also are used as the azimuth basis of autopilot and navigation plotter. Because of the limitation of Gyro azimuth instrument and gyro compass, they cannot used as the navigation equipment of the military speed boat.Then we put forward a project of a small north-seeker based on PC /104 for vessel. The system is constructed with a special and neat mechnical scheme, it owns the ability of quick north seeking, and it also has the superiority of anti execrable environment,small volume,less cost, the most important is that the system meets with the combat demand,has two kinds of working state with comprass and azimuth instrument,can both seek north in resting base and dynamic base, seek north mall in 6 minntes.
This text according to the total project of the north-seeker, design and realize the the hardware electric circuit of the data acquisition and collecting sub-system for north-seeker according to PC/104,according to the function of the north-seeker to complete the design of the data acquisition and processing software,and carried on a research to the error analysis and its compensate.
The result of experiment indicated that the hardware and software design of the data acquisition and collect for north-seeker satisfy the design index request,can guarantee to north-seeker seeking north quickly.
引文
[1] 惯性技术手册编辑委员会．惯性技术手册．北京：宇航出版社，1995：92—92页
[2] 许江宁，边少锋，殷立吴．陀螺原理．北京：国防工业出版社，2005：52—56页
[3] 邹向阳，陈家斌，谢玲等．嵌入式计算机PC／104在陆地导航系统中的应用．火力与指挥控制．2005，30(7)：38—41页
[4] 安道启，陈家斌，邹向阳等．寻北仪轴角数字转换技术研究．仪器仪表用户．2005，12(6)：9—10页
[5] 李源，崔燕．基于ARM7的寻北仪控制模块的硬件设计与实现．微计算机信息．2006，22(32)：134—136页
[6] 王成灿．ARM7应用技术研究及在寻北仪中的工程实现．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2006：1—6页
[7] 潘宏义．DSP在车载寻北仪系统中的应用研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2002：14—21页
[8] 唐炜，徐晓苏，扶文树等．捷联式寻北仪的数据采集及建模分析．工业仪表与自动化装置．2006，(6)：25—28页
[9] 谢玲，刘普，陈家斌．寻北仪数据采集系统的设计与实现．计算机测量与控制．2002，10(2)：129—130页
[10] 任明荣，谢玲，刘星桥．快速寻北仪的设计与实现．计算机测量与控制．2003，11(5)：365—367页
[11] Chunning Liu, Junpu Wang, Weifeng Tian. Design of an allattitude north-finder. Control, Automation, Robotics and Vision, 2002. ICAR-C 2002. 7th International Conference on Volume 3, 2-5 Dec. 2002: 1551-1556P
[12] Qingfang Leng, Yongliang Wang, longyu Gao, Yunhe Teng. Design of a magnetic torquing system for an ESG north finder. Magnetics, IEEE Transactions on Volume 33, Issue 5, Part 2, Sept. 1997: 4005—4007P
[13] 马爵超．寻北系统软件设计．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001：26—48页
[14] 魏德骄，毛窬．STD总线高档CPU产品及其应用前景．微计算机信息．1999，15(2)：49—53页
[15] T. Lang. Bandwith of crossbar and multiple bus connections for multiprocessor. IEEE Transaction Computers, 1982,31(12):1227-1233P
[16] 毛哲．PC／104总线工控机及其在饲料配料控制中的应用．武汉食品工业学院学报．1997，(4)：67—71页
[17] 彭智宏，张乐，王慧，陈效真．国内外寻北技术简介．导航与控制．2003，2(2)：77—78页
[18] 刘强，许江宁，徐金华．基于PC／104总线的旋转变压器／数字转换电路设计．现代电子技术．2006，26(18)：137—138页
[19] 方志刚，刘加海，马卫娟．嵌入式计算机系统人机界面设计．人类工程学．1999，15(3)：91—95页
[20] 王士元．C高级实用程序设计．北京：华大学出版社，1996：167—194页
[21] 胡伟，冯瑜．软件模块化及在工程中的应用研究．计算机工程．1999，25(6)：76—78页
[22] 陈增荣．软件开发方法．第一版．上海：复旦大学出版社，1987：25—77页
[23] Guo Jin. The Development of a Real Time Multi-tasking System under MSDOS Environment. PC World China. 1992, (6): 14—15P
[24] 刘晓蕙，李元才，冯欣．一种用于PC系列微机的实时多任务操作系统．吉林林学院学报．1997，3(3)：164—171页
[25] Daeyoung Kim, Yann-Hang Lee, Younis. SPIRIT-/spl mu/Kernal for Strongly Partitioned Real-Time Systems. Real-Time Computing System and Applications. 12-14 2000. proceeding. Seventh International Conferen-ce:73-78P
[26] 耿福海．DOS环境下实时多任务系统的开发．成都气象学院学报．1998，13(2)：177—180页
[27] Andrew S．Tanenbaum．现代操作系统．北京：机械工业出版社，1999：30—31页
[28] 赵江鹏．基于平台罗经的短期惯导技术研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2005：36—37页
[29] 徐金华．多导航信息转换处理中心研究与设计．海军工程大学硕士学位论文．2003：46—63页
[30] 黄德鸣，张树侠，孙枫．平台罗经．北京：国防工业出版社，1990：37—40页
[31] 田振华，陆爽，天彦．高频共振法在滚动轴承故障诊断中的应用．吉林工业大学自然科学学报．1999，29(2)：35—28页
[32] 毕永利，王连明，葛文奇．光电稳定平台控制系统中数字滤波技术研究．仪表技术与传感器．2005，(4)：54—57页
[33] 刘胜家，高延滨，曾建辉．解析快速寻北原理在平台系统中的运用．情报指挥控制系统与仿真技术．2004，26(6)：44—48页
[34] S. T. Alloworth. Introduction to Real-Time Software Design. London, Macmillan, 2001: 153-158P
[35] C．M．Krishna，Kang G．shin．Real-time Systems．北京：清华大学出版社，2001：22—50页
[36] 王吓弟．平台式惯导系统的软件设计．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001：22—40页
[37] 魏责玲，卜继军．寻北仪软件的模块化设计．压电与声光．2001，23(2)：161—163页
[38] Benliang Li, Qitai Gu, Xuebin Liu. Study and simulation on a dynamic gyroless north finder. Position Location and Navigation Symposium, IEEE 2000 13-16 March 2000:502-505P
[39] 黄卫权．舰船用平台式惯导系统测控技术研究．哈尔滨工程大学博士学位论文．2006：112—126页
[40] 徐建华，刘星桥，陈家斌．捷联寻北仪方位角误差分析．兵工学报． 2006，27(2)：284—287页
[41] 施闻明，杨晓东，徐彬．舰艇非理想状态航行时加速度计的信号滤波．战术导弹控制技术．2006，(1)：74—76页
[42] 杨常松，徐晓苏．基于动调陀螺的单轴平台寻北仪及其误差分析．中国惯性技术学报．2005，13(4)：26—29页
[43] 郝燕玲，乐慧康，仪维宪．导航微机系统及软件设计．哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992：228—268页
[44] 李磊磊，陈家斌．方位保持仪姿态误差补偿技术．北京理工大学学报．2004，24(12)：1092—1095页
[45] 储云仙，万德钧．单片机控制陀螺罗经德积分补偿及其记忆功能德实现．船舶工程．1994，(2)：51—55页
[46] Gajski D D, Vahid F. Specification and design of embedded hardware and software systems. IEEE Design and Test of Computers, 1999, 12(1): 53-67P
[47] Chiodo M, Giusto P, Jurecska A, etal. Hardware-software code sign of embedded systems. IEEE Micro, 1994, 14: 31-35P
[48] Stone H S. High-performance Computer Architecture. AddsionWesley, 2000: 174-179P
[2] 许江宁，边少锋，殷立吴．陀螺原理．北京：国防工业出版社，2005：52—56页
[3] 邹向阳，陈家斌，谢玲等．嵌入式计算机PC／104在陆地导航系统中的应用．火力与指挥控制．2005，30(7)：38—41页
[4] 安道启，陈家斌，邹向阳等．寻北仪轴角数字转换技术研究．仪器仪表用户．2005，12(6)：9—10页
[5] 李源，崔燕．基于ARM7的寻北仪控制模块的硬件设计与实现．微计算机信息．2006，22(32)：134—136页
[6] 王成灿．ARM7应用技术研究及在寻北仪中的工程实现．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2006：1—6页
[7] 潘宏义．DSP在车载寻北仪系统中的应用研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2002：14—21页
[8] 唐炜，徐晓苏，扶文树等．捷联式寻北仪的数据采集及建模分析．工业仪表与自动化装置．2006，(6)：25—28页
[9] 谢玲，刘普，陈家斌．寻北仪数据采集系统的设计与实现．计算机测量与控制．2002，10(2)：129—130页
[10] 任明荣，谢玲，刘星桥．快速寻北仪的设计与实现．计算机测量与控制．2003，11(5)：365—367页
[11] Chunning Liu, Junpu Wang, Weifeng Tian. Design of an allattitude north-finder. Control, Automation, Robotics and Vision, 2002. ICAR-C 2002. 7th International Conference on Volume 3, 2-5 Dec. 2002: 1551-1556P
[12] Qingfang Leng, Yongliang Wang, longyu Gao, Yunhe Teng. Design of a magnetic torquing system for an ESG north finder. Magnetics, IEEE Transactions on Volume 33, Issue 5, Part 2, Sept. 1997: 4005—4007P
[13] 马爵超．寻北系统软件设计．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001：26—48页
[14] 魏德骄，毛窬．STD总线高档CPU产品及其应用前景．微计算机信息．1999，15(2)：49—53页
[15] T. Lang. Bandwith of crossbar and multiple bus connections for multiprocessor. IEEE Transaction Computers, 1982,31(12):1227-1233P
[16] 毛哲．PC／104总线工控机及其在饲料配料控制中的应用．武汉食品工业学院学报．1997，(4)：67—71页
[17] 彭智宏，张乐，王慧，陈效真．国内外寻北技术简介．导航与控制．2003，2(2)：77—78页
[18] 刘强，许江宁，徐金华．基于PC／104总线的旋转变压器／数字转换电路设计．现代电子技术．2006，26(18)：137—138页
[19] 方志刚，刘加海，马卫娟．嵌入式计算机系统人机界面设计．人类工程学．1999，15(3)：91—95页
[20] 王士元．C高级实用程序设计．北京：华大学出版社，1996：167—194页
[21] 胡伟，冯瑜．软件模块化及在工程中的应用研究．计算机工程．1999，25(6)：76—78页
[22] 陈增荣．软件开发方法．第一版．上海：复旦大学出版社，1987：25—77页
[23] Guo Jin. The Development of a Real Time Multi-tasking System under MSDOS Environment. PC World China. 1992, (6): 14—15P
[24] 刘晓蕙，李元才，冯欣．一种用于PC系列微机的实时多任务操作系统．吉林林学院学报．1997，3(3)：164—171页
[25] Daeyoung Kim, Yann-Hang Lee, Younis. SPIRIT-/spl mu/Kernal for Strongly Partitioned Real-Time Systems. Real-Time Computing System and Applications. 12-14 2000. proceeding. Seventh International Conferen-ce:73-78P
[26] 耿福海．DOS环境下实时多任务系统的开发．成都气象学院学报．1998，13(2)：177—180页
[27] Andrew S．Tanenbaum．现代操作系统．北京：机械工业出版社，1999：30—31页
[28] 赵江鹏．基于平台罗经的短期惯导技术研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2005：36—37页
[29] 徐金华．多导航信息转换处理中心研究与设计．海军工程大学硕士学位论文．2003：46—63页
[30] 黄德鸣，张树侠，孙枫．平台罗经．北京：国防工业出版社，1990：37—40页
[31] 田振华，陆爽，天彦．高频共振法在滚动轴承故障诊断中的应用．吉林工业大学自然科学学报．1999，29(2)：35—28页
[32] 毕永利，王连明，葛文奇．光电稳定平台控制系统中数字滤波技术研究．仪表技术与传感器．2005，(4)：54—57页
[33] 刘胜家，高延滨，曾建辉．解析快速寻北原理在平台系统中的运用．情报指挥控制系统与仿真技术．2004，26(6)：44—48页
[34] S. T. Alloworth. Introduction to Real-Time Software Design. London, Macmillan, 2001: 153-158P
[35] C．M．Krishna，Kang G．shin．Real-time Systems．北京：清华大学出版社，2001：22—50页
[36] 王吓弟．平台式惯导系统的软件设计．哈尔滨工程大学硕士学位论文．2001：22—40页
[37] 魏责玲，卜继军．寻北仪软件的模块化设计．压电与声光．2001，23(2)：161—163页
[38] Benliang Li, Qitai Gu, Xuebin Liu. Study and simulation on a dynamic gyroless north finder. Position Location and Navigation Symposium, IEEE 2000 13-16 March 2000:502-505P
[39] 黄卫权．舰船用平台式惯导系统测控技术研究．哈尔滨工程大学博士学位论文．2006：112—126页
[40] 徐建华，刘星桥，陈家斌．捷联寻北仪方位角误差分析．兵工学报． 2006，27(2)：284—287页
[41] 施闻明，杨晓东，徐彬．舰艇非理想状态航行时加速度计的信号滤波．战术导弹控制技术．2006，(1)：74—76页
[42] 杨常松，徐晓苏．基于动调陀螺的单轴平台寻北仪及其误差分析．中国惯性技术学报．2005，13(4)：26—29页
[43] 郝燕玲，乐慧康，仪维宪．导航微机系统及软件设计．哈尔滨：哈尔滨船舶工程学院出版社，1992：228—268页
[44] 李磊磊，陈家斌．方位保持仪姿态误差补偿技术．北京理工大学学报．2004，24(12)：1092—1095页
[45] 储云仙，万德钧．单片机控制陀螺罗经德积分补偿及其记忆功能德实现．船舶工程．1994，(2)：51—55页
[46] Gajski D D, Vahid F. Specification and design of embedded hardware and software systems. IEEE Design and Test of Computers, 1999, 12(1): 53-67P
[47] Chiodo M, Giusto P, Jurecska A, etal. Hardware-software code sign of embedded systems. IEEE Micro, 1994, 14: 31-35P
[48] Stone H S. High-performance Computer Architecture. AddsionWesley, 2000: 174-179P