Математическое, алгоритмическое и аппаратное обеспечение блока чувствительных элементов бесплатформенной инерциальной навигационной системы

• Автор: Варабин, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ковров
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Состояние вопроса по теме диссертации и постановка задам
1.1 Предмет исследования диссертации. Место в структуре БИНС
1.2 Современное состояние отечественных и зарубежных образцов БИНС
1.3 Современные БИНС, на примере отечественной, производства ООО «НПК «Оптолинк».
1.3.1 Принцип работы
1.3.2 Бесплатформенная инерциальная навигационная система БИНС-
1.3.3 Бесплатформенная инерциальная навигационная система БИНС-
1.3.4 Основные характеристики БИНС НПК «Оптолинк»
1.4 Анализ современных отечественных вычислителей, применимых для получения и предварительной обработки данных в составе БЧЭ
1.5 Применение методов и алгоритмов математической статистики для первичной обработки данных БЧЭ
1.6 Помехоустойчивый метод обработки данных на основе байесовской статистики
1.7 Сравнительный анализ метода статистической обработки результатов измерений
1.8 Выводы
Глава 2. Разработка структуры и методики обработки сигналов первичных датчиков, калибровки и настройки БЧЭ
2.1 Анализ сигналов сдатчиков БЧЭ. Постановка задач
2.2 Разработка структуры БЧЭ
2.3 Разработка методики предварительной обработки данных датчиков БЧЭ, на основе помехоустойчивого метода статистической обработки данных, в условиях однозадачности и ограниченных вычислительных ресурсов
2.4 Определение времени выполнения алгоритма предварительной обработки данных
2.5 Разработка структуры построения программных модулей для вычислителей, входящих в состав БЧЭ
2.6 Разработка методики калибровки БЧЭ
2.7 Выводы по главе
Глава 3. Программная и аппаратная реализация БЧЭ и его составных частей
3.1 Разработка структуры построения блока чувствительных элементов на основе выбранных чувствительных элементов
3.1.1 Гироскоп ОИУСЮОО ПНСК40
3.1.2 Акселерометр АК-
3.1.3 Микроконтроллер серии 1986ВЕ9х
3.1.4 Структурная схема БЧЭ
3.2 Разработка структуры программных модулей БЧЭ на основе созданной структурной схемы
3.3 Блок сбора первичной информации. Аппаратная реализация

3.4 Блок сбора первичной информации. Программная реализация
3.5 Вычислитель. Аппаратная реализация
3.6 Вычислитель. Программная реализация
3.7 Выводы по главе
Глава 4, Экспериментальные исследования
4.1 Поставленные эксперименты
4.2 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения

Введение
Актуальность темы исследования
Развитие современных транспортных средств и комплексов требует создания новых и модернизации существующих систем ориентации, навигации, топопривязки для повышения их точностных и сокращения временных характеристик. Одним из вариантов подобной модернизации является применение малогабаритных многофункциональных
высокоточных систем ориентации для измерительных (навигация, топопривязка) и управляющих (стабилизация) систем.
Активное развитие робототехнических наземных средств и комплексов невозможно без высокоточных систем навигации и ориентации. Позиционирование робота в пространстве осуществляется с помощью системы ориентации. Чем точнее работает эта система, тем эффективнее робот выполняет свою задачу. Особенно сильно ощущается эта зависимость при движении в автономном режиме, когда робот перемещается без участия человека, руководствуясь только собственным математическим аппаратом и информацией от размещенных на нем датчиков.
Неотъемлемость подобных систем в робототехнических объектах показана в работах [1] и [2].
Наиболее перспективным решением является использование в качестве систем ориентации бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), обеспечивающих повышение точности гирокомпасирования, снижение времени готовности гиросистемы, снижение энергопотребления и массогабаритных характеристик гироскопических систем, увеличение эксплуатационного ресурса, по сравнению с классическими системами ориентации.
Можно выделить два основных фактора, определяющих конечные характеристики БИНС:

Таблица 19 - Основные характеристики отечественных вычислителей
1874ВЕ96Т 1887ВЕЗТ 1986ВЕ9Х 1986ВЕх Багет 83В
Ядро CORE 196 НИИЭТ (Модернизация MCS196) RISC 8АС-ХС167С!-32Г40Р RISC ARM Cortex-M3 RISC ARM Cortex-МО гаэс
Разрядность данных, бит 16 16 32 32
Тактовая частота, МГц 33 40 80 140
Производительность.МІРз 12,5 MIPS/MHz 8 MIPS/MHz
Математические операции Аппаратный умножитель 16x16 Аппаратный делитель 32x16 Аппаратный умножитель 16x16 Аппаратный делитель 32x16 Аппаратная реализация умножения и депения 32x32 Инструкция умножения 32x32 три цикла Сопроцессор с плавающей запятой
ПЗУ (EEPROM) 32 Кбайт (Р1аз{1) 256Кбайт (Flash) 128Кбайт (Flash) 128Кбайт (Р1аэЬ) 124Мбайт
ОЗУ Регистровое 2Кбайт Расширенное 2 Кбайт 8 Кбайт 32Кбайт 48Кбайт 16Мбайт
Число линий ввода-вывода 40 103 96 96
Таймер, счетчик, разрядность/количество 16/2 16/5 16/3 32/4 16/
Шим, разрядность/каналов 8/3 16/6 16/ 12 16/
АЦП, разрядность/количество 16/8 10/ (16каналов) 12/(2х8каналов) 12/8 каналов
Минимальное время преобразования АЦП, мкс 16 2,4 1
ЦАП, разрядность/количество 14/1 12/2канала 12/2 канала
Корпус 4235.88-1 144-х выводной металлокерамический 4229.132-3 4229.132-3 Плата 100x110 мм
Назначение Микроконвертер Микроконтроллер Ми кроконтроллер Микроконтроллер МикроЭВМ
ЦАРТ 2 2 2 2 2 (отладка) 4ХБТ83-405)
І2С 1 1
БРІ 1 2 2
САЫ 1 2
иэв 1 USB(Device и Host FS) 1 USB(Device и Host FS)
Интерфейс ГОСТ Р 52070-2003 - (2 осн. +2 рез.) 2осн.+1 рез(БТ83-401)
Интерфейс ГОСТ 18977-79 - - (8 пр.+4 лер.)
ЕШете110/100 - 1 1 (БТ83-405)
Реакция на прерывания, не
Сторожевой таймер 1 1 2
Встроенный отладчик JTAG ЛАв JTAG (2) JTAG
Температурный диапазон, ° С От минус 60 до +125 От минус 60 до +85 От минус 60 до +125 От минус 60 до +125 От минус 60 до +
Напряжение питания 3.3 В (±10%) 2,5 В (±5%) 5 В (±10%) От 2,2 до 3,6 В От 2,2 до 3,6 В 3,3 В (±5%) 5 В (±10%) +12 В (±10%) -12 В (±10%)