一种机载分布式惯性测姿系统及其传递对准方法

摘要

本发明为一种机载分布式惯性测姿系统及其传递对准方法。该系统包括1个主惯导系统、1个主控计算机以及6个与该主控计算机连接的子惯导系统：每个子惯导系统分别包括惯性测量单元和测姿处理板，惯性测量单元与测姿处理板的RS_422接口连接；RS_422接口通过UART控制芯片与FPGA芯片连接，FPGA芯片通过EMIF总线与DSP芯片连接，并且还通过CAN控制器、CAN收发器与主惯导系统连接；主控计算机与主惯导系统连接。该系统主、子惯导系统之间的传递对准方法为：以主、子惯导系统的速度信息误差和姿态信息误差作为量测变量，进行卡尔曼滤波迭代后对子惯导系统计算出的速度信息、姿态信息进行校正，最终得到稳定、精确的航姿信息。

主权项

一种机载分布式惯性测姿系统，其特征在于，包括1个主惯导系统、1个主控计算机以及6个与该主控计算机连接的子惯导系统，各个子惯导系统之间相互独立，且每个子惯导系统的结构相同：所述每个子惯导系统分别包括惯性测量单元和测姿处理板，其中：惯性测量单元包括三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计、A/D转换器和温补系统；测姿处理板集成了DSP芯片、FPGA芯片、FLASH、SDRAM、CAN控制器、CAN收发器、UART控制芯片、RS_422接口、RS_232接口和EMIF总线；所述三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计通过A/D转换器和温补系统相连，温补系统与测姿处理板的RS_422接口连接；RS_422接口通过UART控制芯片与FPGA芯片连接，FPGA芯片通过EMIF总线与DSP芯片连接，并且FLASH、SDRAM都与EMIF总线连接，FPGA芯片还通过CAN控制器与CAN收发器连接；CAN收发器与主控计算机连接；主控计算机与主惯导系统连接；UART控制芯片还与RS_232接口连接；主惯导系统生成载体导航信息后，先发送给主控计算机，主控计算机再通过CAN收发器发送给测姿处理板，CAN收发器将物理总线上收到的差分电平数据转换为TTL电平数据发送给CAN控制器，FPGA芯片通过CAN控制器接收数据，FPGA芯片通过EMIF总线将接收到的数据上传至DSP芯片；三个MEMS陀螺仪敏感载体的三轴角速度信息，三个MEMS加速度计敏感载体的三轴加速度信息，所得的三轴角速度信息和三轴加速度信息传输到A/D转换器，A/D转换器将得到的模拟量信息转换成数字量信息，并将该数字量信息通过温补系统补偿得到稳定的数字量信息；测姿处理板通过RS_422接口读取稳定的数字量信息，并传输给UART控制芯片，UART控制芯片将串行数据转换为并行数据并发送给FPGA芯片，FPGA芯片通过EMIF总线将接收到的数据上传至DSP芯片；FPGA芯片通过EMIF总线接收DSP芯片解算得到的惯性姿态数据，并将惯性姿态数据发送给UART控制芯片，UART控制芯片将并行数据转换为串行数据并行数据后发送给RS_232接口进行电平转换，并通过RS_232接口发给外接设备；系统上电后完成系统初始化工作，其中包括主、子惯导系统安装误差角对应的补偿角的初始化；主惯导系统测得载体的速度信息、姿态信息、角速度信息、比力信息和位置信息，并利用所得的补偿角修正该姿态信息；进行粗对准，把主惯导系统的速度信息、位置信息、补偿角修正后的姿态信息赋给子惯导系统的对应参数，作为子惯导系统的解算初值；子惯导系统以粗对准后的导航信息为初值，进行惯导捷联解算，得到子惯导系统的位置信息、速度信息和姿态信息；主惯导系统数据经过时间同步和杆臂补偿处理后，采用“速度+姿态”的匹配方式建立卡尔曼滤波模型，以主惯导系统与子惯导系统之间的速度差值和姿态差值作为量测变量，进行卡尔曼滤波迭代，估计出子惯导系统速度误差、平台失准角、安装误差角、陀螺常值漂移和加速度计常值偏置；将估计出的子惯导系统速度误差、平台失准角，对子惯导系统计算出的速度信息、姿态信息进行校正，最终获得子惯导系统经校正后的速度信息和姿态信息。