捷联惯导系统的数据采集与处理技术研究

### 捷联惯导系统的数据采集与处理技术研究 #### 一、捷联惯导系统概述 捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System, SIN_S)作为惯性导航技术的一种重要形式，近年来得到了迅速的发展。与传统的平台式惯导系统相比，它具有结构紧凑、成本低、维护简便等显著优势。这些特性使得捷联惯导系统在军事、民用航空、航海等领域中的应用日益广泛，并逐渐成为惯性导航领域的一个重要发展方向。 #### 二、捷联惯导系统的原理与组成 捷联惯导系统的核心部件包括陀螺仪和加速度计，它们分别用于测量载体的姿态角变化率和加速度。通过数学模型将这些测量值转换为位置、速度和姿态等导航参数。该系统通常采用直接安装于载体上的方式，避免了传统平台式惯导系统中复杂的机械平台和驱动机构。 #### 三、惯性器件的基本知识 1. **压电陀螺（Piezoelectric Gyroscope）**： - **原理**：利用压电材料的物理特性，通过检测质量块在旋转时产生的科里奥利力来测量角速度。 - **应用**：广泛应用于飞行器、导弹等运动载体的姿态控制中。 - **性能指标**：主要包括精度、稳定性、温度稳定性等。 2. **石英加速度计（Quartz Accelerometer）**： - **原理**：利用石英晶体的弹性变形与外力成正比的特性，测量加速度。 - **应用**：在导航、制导系统中用于测量载体的线加速度。 - **性能指标**：包括灵敏度、非线性度、温度系数等。 #### 四、数据采集与处理硬件电路设计 1. **微型计算机PCI04**：用于实现高速数据传输，连接数据采集卡与计算机，提供可靠的通信接口。 2. **陀螺仪与加速度计的选择**：根据系统要求选择合适的惯性传感器，确保测量精度和稳定性。 3. **A/D转换器的选择**：论文中提到了两种类型的A/D转换器，即ADS7805和Σ-Δ型AD转换器AD7708。其中，ADS7805适用于高速采样场景，而AD7708则更适合对精度要求较高的场合。 4. **接口电路设计**：包括信号调理电路、滤波电路和可编程增益放大电路等，以提高信号质量和抗干扰能力。 #### 五、软件程序设计 - **基于Turbo C语言的软件程序**：负责数据采集、处理及显示等功能。 - **基于CPLD的硬件逻辑语言VHDL**：用于编写FPGA/CPLD中的硬件逻辑，实现数据采集、预处理等功能。 #### 六、结论 通过对捷联惯导系统中的数据采集与处理技术的研究，不仅可以提高系统的整体性能，还能进一步降低成本和体积，使其在更多领域得到应用。未来的研究方向可以包括提高惯性传感器的精度和稳定性、开发更高效的信号处理算法等。 捷联惯导系统的数据采集与处理技术对于提高导航精度、降低成本具有重要意义。通过对陀螺仪、加速度计等关键部件的深入研究，结合先进的数据采集与处理技术，能够有效提升整个系统的性能。随着技术的不断进步和发展，捷联惯导系统将在更多的应用场景中发挥重要作用。