非陀螺寻北仪信号处理电路的设计与实现

附录1附录2：寻北精度影响因素2．1 陀螺漂移对寻北精度的影响仿真条件：纬度为40度；在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为-0.05︒，y轴漂移+0.05︒;俯仰角和横滚角分别为5︒；仿真结果见图3图3仿真条件：纬度为40度；在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;俯仰角和横滚角分别为5︒；仿真结果见图4图42．2 姿态角误差对寻北精度的影响仿真条件：纬度为40度；俯仰角和横滚角的误差均为0.01︒；俯仰角和横滚角分别为5︒；计算公式（17）式。

仿真结果见图5图5仿真条件：纬度为40度；俯仰角和横滚角的误差均为0.05︒；俯仰角和横滚角分别为5︒；计算公式（18）式。

仿真结果见图6图62．3 纬度误差对寻北精度的影响仿真条件：纬度为40度；纬度误差为：0.1︒俯仰角和横滚角分别为5︒；计算公式（17）式。

仿真结果见图7图72．4 纬度对寻北精度的影响仿真条件：纬度为5度；在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;俯仰角和横滚角分别为5︒；仿真结果见图8图8仿真条件：纬度为20度；在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;俯仰角和横滚角分别为5︒；仿真结果见图9图9仿真条件：纬度为55度；在两个采样周期（3分钟）内的陀螺x轴漂移为+0.05︒，y轴漂移+0.05︒;俯仰角和横滚角分别为5︒；仿真结果见图102．5 陀螺漂移对纬度计算误差对式（19）在纬度为40度条件下，进行了全方位的仿真。

仿真结果见图11图10图11（注：曲线1为陀螺x轴漂移+0.04︒、y轴漂移-0.04︒。

曲线2为陀螺x轴漂移+0.04︒、y轴漂移+0.04︒。

曲线3为陀螺x轴漂移-0.04︒、y轴漂移-0.04︒。

）2．结果总结通过以上的仿真，可以得到以下几个结论：（1）陀螺漂移的误差为寻北仪的主要误差源。

（2）加速度计测量的水平姿态角的误差，最大部分1：1反映到方位角上，因此，加速度计的误差要控制在1’以内。

MEMS 寻北原理一、MEMS技术简介1.1 MEMS的定义和应用领域1.2 MEMS的基本原理和工作方式二、MEMS寻北技术的背景和意义2.1 导航系统的发展和需求2.2 MEMS寻北技术的优势和应用场景三、MEMS寻北原理及其实现方法3.1 MEMS寻北原理的基本概念3.2 MEMS寻北原理的实现方法3.2.1 磁阻式寻北传感器3.2.2 陀螺仪辅助寻北技术3.2.3 光学传感器辅助寻北技术3.2.4 加速度传感器辅助寻北技术四、MEMS寻北技术的性能评估和改进方法4.1 MEMS寻北技术的性能评估指标4.1.1 精度评估指标4.1.2 稳定性评估指标4.1.3 响应时间评估指标4.2 MEMS寻北技术的改进方法4.2.1 传感器优化设计4.2.2 数据融合算法改进4.2.3 系统校准方法改进五、MEMS寻北技术的挑战和发展趋势5.1 MEMS寻北技术面临的挑战5.1.1 环境干扰问题5.1.2 精度和稳定性问题5.1.3 成本和体积问题5.2 MEMS寻北技术的发展趋势5.2.1 多传感器融合技术的应用5.2.2 数据处理算法的改进和优化5.2.3 制造工艺的进一步提升六、结论6.1 MEMS寻北技术的应用前景6.2 未来发展方向和重点参考文献附录：MEMS寻北技术的相关专利和商业产品列表一、MEMS技术简介1.1 MEMS的定义和应用领域MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种微型电子机械系统，由微小的机械结构、电子元件、传感器和控制电路等组成。

MEMS技术广泛应用于惯性导航系统、生物医学、光学传感、无线通信等领域。

1.2 MEMS的基本原理和工作方式MEMS的基本原理是利用微纳加工技术制造微小的机械结构和电子元件，通过电子和机械的相互作用实现功能。

MEMS器件通常由传感器、执行器和电子控制单元组成，传感器负责感知环境参数，执行器负责对环境进行控制，电子控制单元负责数据处理和控制指令的生成。

基于DSP的动调陀螺寻北导航系统的设计及实现郑文成;颜俐;任勤勇;汪辉;周学文【摘要】研究的寻北导航系统主要以动力调谐陀螺为敏感设备,创新地采用TMS320VC5402芯片作为主处理器构建寻北仪的计算机系统,取代通常构建系统时所用的PC机或单片机,并以CPLD为主要控制辅助组件设计并调试数据的采集、处理、输出、信息通信等硬件电路和相关软件,充分利用DSP快速运算、信息存储、逻辑判断和数据处理等能力完成多种控制任务,在实现寻北功能的同时又使系统的精度、控制和解算能力得到提升.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2010(005)001【总页数】5页(P76-80)【关键词】寻北导航系统;硬件;设计【作者】郑文成;颜俐;任勤勇;汪辉;周学文【作者单位】中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064;中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064;中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064;中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064;中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064【正文语种】中文【中图分类】U666.1寻北技术是惯性技术领域的重要组成部分，是现代化战争中确保武器系统快速、精确打击目标的重要保障技术之一。

本文所研究的寻北装置主要以动力调谐陀螺为敏感设备，利用陀螺敏感地球自转角速度分量，并由此计算出载体纵轴向与真北的夹角。

本文设计的硬件电路根据两个加速度计和陀螺的输出经过A／D转换，计算出载体的姿态角，从而实施寻北。

随着惯性技术的发展，以陀螺仪为主要元件的寻北仪的精度、反应速度都在不断提高，PC机和单片机的运算速度、字长和量化误差等方面的缺陷影响了其在高精度控制系统中的应用效果，从而就对构成陀螺寻北系统的处理功能单元提出了更高的要求。

16位字长的高速DSP芯片的出现极大地缓解了这个问题。

在系统中采用基于DSP的数字控制系统取代PC机和单片机处理系统，可以充分利用DSP快速的运算、信息存储、逻辑判断和数据处理等能力完成多种控制任务，从而使控制能力达到一个新的水平。

DSP在寻北方位仪测控回路中的应用研究的开题报告一、选题背景和意义寻北方位仪是一种常见的测控系统设备，在航空、航天、船舶等领域有广泛应用。

其主要用途是通过测量地球磁场来确定方位，为导航、定位、遥感等系统提供数值支持。

在寻北方位仪中，需要设计控制回路对仪器进行精准控制，使其能够快速、准确地定位。

而数字信号处理技术（DSP）在这一过程中起到了重要的作用，尤其是在信号滤波、数字信号增强和控制算法等方面，都具有很大潜力和优势。

本课题旨在探讨DSP在寻北方位仪测控回路中的应用，通过优化控制算法和信号处理方法，实现对仪器运动轨迹的高精度控制。

该研究对于提高北方位仪的测量精度、减少设备故障率、改善测控效率，具有重要的理论价值与现实意义。

二、研究内容和方法论本研究的主要内容是DSP在寻北方位仪测控回路中的应用研究。

具体分为以下几个方面：1、信号采集与处理技术。

通过建立电子元器件的数学模型和掌握其相关特征参数，利用信号采集技术和DSP软件平台实时采集并处理传感器采集到的数据，对其进行数字滤波、频域分析等操作，降低采集信号中的噪声干扰，提高信号质量和精度。

2、控制算法的设计。

结合仪器实际工作情况和所需控制效果，建立相应的控制模型，选取控制算法，例如PID控制、自适应控制、模糊控制等，进行算法仿真和优化，以提高系统的稳定性，减小误差。

3、系统实现与验证。

在硬件平台的基础上，按照设计要求，进行DSP控制程序的编写和实现，测试其控制效果和稳定性，验证该系统在寻北方位仪测控回路中的应用效果和效率。

三、预期研究成果和目标本研究旨在实现DSP在寻北方位仪测控回路中的应用，主要预期成果和目标包括：1、建立准确、高效的北方位仪测控回路，能够有效对其运动状态进行监测和控制，并保证其运动轨迹的准确性和稳定性。

2、建立多种控制算法并针对其进行仿真与优化，在总结比较各类算法的优缺点之后，选择最可行的控制算法，并将其用于该实验系统的实际控制中。

寻北仪算法实现分析北京云海蓝天科技公司2006年2月26日 星期日一． 寻北仪（挠性陀螺）算法实现一． 寻北仪初始化小于一分钟。

二． 在0°和180°分别记录了两分钟的加表和陀螺数据序列如下： 0°位置： ],,,,[403020100L u u u u u f f f f f = []L ,,,,403020100v v v v v f f f f f =[]L ,,,,403020100x x x x x ωωωωω= []L ,,,,403020100y y y y y ωωωωω= 180°位置： ],,,,[4321L πππππu u u u u f f f f = []L ,,,,4321πππππv v v v v f f f f =[]L ,,,,4321πππππωωωωωx x x x x = []L ,,,,4321πππππωωωωωy y y y y = 三. 利用卡尔曼方程估计俯仰角和横滚角。

系统状态方程 )()1(k X k X =+状态矢量 []Tyba X )sin (cos sin φθθ= 系统量测方程 )()()()(k V k X k H k Z +=量测值 T v v u u v v u u f f f f f f f f Z )]()()()([0000ππππ++−−=量测矩阵 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡−=200020000200002g g H 滤波方程 [])(ˆ)()()()(ˆ)1(ˆk X k H k Z k K k X k X −+=+ 0)0(ˆX X = []1)1(ˆ)()()()()()(−++=k R k H k P k H k H k P k K T T [])()1(ˆ)()()()()()1(k K k R k H k P k H k K k P k P T T ++−=+ 0)0(P P = [])1/()(ˆ)()()(ˆ)1(ˆ+−+=+k k R k e k e k R k R T 0)0(ˆR R = )(ˆ)()()(k Xk H k Z k e −= 初始条件1400×=X440100×=I P4401.0×=I R四． 解算俯仰角和横滚角。

寻北仪原理简介和分类寻北仪是罗盘的一种，是用来寻找某一位置的真北方向值。

陀螺寻北仪又称陀螺罗盘，是利用陀螺原理测定地球自转角速率在当地水平面投影方向（即真北方位）的一种惯性测量系统。

它的寻北过程无需外部参考。

除受高纬度限制之外，它的寻北测量不受天气、昼夜时间、地磁场和场地通视条件的影响。

陀螺寻北仪是一种精密惯性测量仪器，通常用于为火炮、地对地导弹和地面雷达等机动武器系统提供方位参考。

根据所用陀螺类型，陀螺寻北仪可分为以下三种：◆以二自由度陀螺作为地球自转敏感器的寻北仪（如悬挂摆式陀螺寻北仪）◆以单轴速率陀螺作为敏感器的寻北仪（如捷联式陀螺寻北仪，高精度，例SDI-151）◆平台寻北系统陀螺寻北仪对环境的振动干扰（特别是对低频振动干扰）极为敏感。

根据使用环境，陀螺寻北仪可分为地面架设的高精度寻北仪、车载陀螺寻北仪和船用动基座陀螺寻北仪三种。

工作原理陀螺寻北仪原理陀螺仪是一种机械转动部件的惯性测量元件，具有耐冲击、灵敏度高、寿命长、功耗低、集成可靠等优点，是新一代捷联式惯性导航系统中理想的惯性器件。

在基于陀螺的寻北应用中，采用的大多数方法是FOG转动固定角度，通过确定偏移量计算相对北方向的夹角。

为了精确指北，还必须消除FOG的漂移。

一般使用一个旋转平台如图1所示，将陀螺置于动基座上，动基座平面平行于水平面，陀螺的敏感轴平行于动基座平面。

开始寻北时，陀螺处于位置1，陀螺敏感轴与载体平行。

假设陀螺敏感轴的初始方向与真北方向的夹角为。

陀螺在位置1 的输出值为；然后转动基座90°,在2位置测得陀螺的输出值为。

依次再转动两次90°，分别转到3和4的位置，得到角速度和。

图 1. 陀螺寻北示意图图 2. 地球自转在陀螺敏感轴上的投影假设测量点的纬度为，地球自转为，则1位置测得的角速度为：其中，为陀螺输出的零点漂移。

同理可得：在短时间内，假设陀螺的漂移为一常量，即：, 则用此方法测量，可以消除陀螺的零偏，也不需要知道测量地点的纬度值。

激光遥感声学定位信号处理机的电路设计
电路设计主要包括音频采集电路、预处理电路、信号放大电路和控制电路。

1. 音频采集电路
音频采集电路主要由麦克风、电容耦合器和放大器组成。

机器人可以自主移动，所以麦克风应该能够接收到各个方向的声音信号。

因此，可以采用一个多方向麦克风阵列，通过信号处理可以获取各个方向的声音信号。

为了避免直流分量的干扰，可以使用电容耦合器来隔离直流信号。

放大器可以放大麦克风信号，增强信号的强度，提高信噪比。

2. 预处理电路
预处理电路主要包括陷波滤波器、放大器和低通滤波器。

陷波滤波器可以去除一些噪声干扰，提高信噪比。

放大器可以将信号放大到一定程度，便于后续的信号处理。

低通滤波器可以去除高频噪声，保留中低频信号。

3. 信号放大电路
信号放大电路可以进一步放大信号，以便进行后续的处理。

可以采用运放的方式进行放大，也可以使用差分放大器来减小干扰。

4. 控制电路
控制电路主要控制激光遥感声学定位信号处理机的工作，包括启动、停止、输入选择等功能。

可以使用微控制器进行控制，同时还可以添加一些保护电路，例如过压保护和过流保护等。

以上是激光遥感声学定位信号处理机的电路设计，不同应用场景可能会有所差异，需要根据具体情况进行设计。

光纤陀螺寻北仪数据采集单元的设计与实现
光纤陀螺寻北仪数据采集单元的设计与实现
针对捷联惯性光纤陀螺寻北仪中惯性器件动态测量范围宽及系统对实时性、可靠性和精度要求高的特点,设计了基于FPGA的高速、多通道、可扩展数据采集单元,实现多传感器数据实时采集.同时,由于用FPGA集成了寻北仪系统主要的I/O操作,从而使系统CPU能更专注于方位角解算算法,保证了寻北的快速性,并为执行更复杂的算法提供了有利条件.本文给出了系统软硬件设计方案,实验及实际应用表明,该数据采集单元工作稳定,实时性好,达到了设计指标.
作者：任磊宋凝芳董全林Ren Lei Song Ningfang Dong Quanlin 作者单位：北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京,100083 刊名：电子测量技术ISTIC 英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2008 31(5) 分类号：V249.32 关键词：光纤陀螺寻北仪数据采集可编程逻辑器件(FPGA)。

全自动智能陀螺寻北仪中待测光标信号采集模块的设计林玉池;林明春;夏桂锁;黄银国
【期刊名称】《传感技术学报》
【年(卷),期】2007(020)003
【摘要】介绍了全自动智能陀螺寻北仪的硬件系统原理图.基于CPLD技术设计的电路驱动CCD图像传感器,通过待测光标信号采集模块,实现陀螺仪光标信号的高精度自动采集.实验表明该模块能有效的代替人眼对光标进行识别,可以减少测量结果对操作人员素质的依赖,使寻北仪的寻北精度从原来的30″提高到5″,为仪器寻北全自动化和智能化奠定了基础.
【总页数】4页(P559-562)
【作者】林玉池;林明春;夏桂锁;黄银国
【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室,天津,300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点试验室,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】V241.5
【相关文献】
1.电子罗盘在全自动智能陀螺寻北仪中的应用 [J], 林明春;夏桂锁;林玉池;黄银国;刘红星
2.非陀螺寻北仪信号处理电路的设计与实现 [J], 白云超;刘思伟;田育民;陈晓璧
3.复合寻北在全自动陀螺经纬仪系统中的应用 [J], 李国英;张志利;王自杰
4.全自动陀螺经纬仪中粗寻北系统设计 [J], 邢晓刚;林玉池;冯莉;董桂梅;张金梅
5.陀螺寻北仪中测量信号的在线建模与滤波 [J], 王立冬;王品;罗贤全;梁冠辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于双DSP的寻北系统的设计与实现的开题报告一、选题背景：在航天、航海、航空、军事等行业中，为了确保系统的准确性和稳定性，需要不断地进行精准寻北定位。

传统寻北方法主要依赖于磁力计寻北技术，但是该方法易受到外部干扰的影响，无法保证寻北的准确性，因此需要一种更加准确、稳定的寻北技术。

基于双DSP的寻北系统即是将数字信号处理技术应用于寻北系统中，通过数字化的方式获取磁场数据，利用双DSP进行处理，进而实现精准寻北。

二、研究意义：随着航空、航天、军事等行业的不断发展，对精准寻北技术的要求也越来越高。

本研究设计基于双DSP的寻北系统，旨在提高寻北系统的精度和可靠性，为各行业提供更加准确、稳定的寻北解决方案。

三、研究内容：1. 磁场传感器的选型和设计，利用磁场传感器获取地球磁场数据，并进行数字化处理。

2. 双DSP系统的设计，包括硬件和软件部分，搭建双DSP系统开发平台。

3. 磁场数据的处理和算法开发，利用双DSP进行数字信号处理，包括数字滤波、数字陷波、数字解调、数字滑动平均等处理方法，开发有效的寻北算法。

4. 寻北系统的实现与测试，将前面的设计和开发进行综合，实现基于双DSP的精准寻北系统。

四、研究方法：1. 研究文献资料，了解相关技术和方法。

2. 选用合适的磁场传感器，搭建基于双DSP的开发平台。

3. 设计磁场数据处理算法，利用双DSP进行数字信号处理。

4. 实现寻北系统，进行实验测试，对测试结果进行分析和对比。

五、论文结构：1. 绪论：阐述课题研究背景、研究现状和意义，介绍课题的研究目的、内容和方法。

2. 理论基础：介绍数字信号处理的基本概念、原理和方法，详细说明磁场数据的采集和处理方法。

3. 系统设计：包括硬件和软件部分的设计和实现，介绍设计思路和开发平台的选择。

4. 算法设计：根据系统设计的要求，将前期收集到的数据进行算法处理，提出阐述相应的寻北算法。

5. 系统测试：对寻北系统进行测试和分析，对测试结果进行评估。