專利名稱:低成本高精度制導控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于制導控制技術領域：
，涉及一種制導控制裝置。
背景技術：
低成本高精度制導控制技術是制導提高威力技術改造途徑之一。現有的各種導航系統各自有其優勢和特色但也有其不足之處。捷聯慣性導航系統(SINS)是利用慣性元件來感測載體的運動加速度，經過積分運算求出導航參數以確定載體位置；全球定位系統 (GPS)采用多星、高軌測距體制，通過多顆衛星同時進行距離測量從而解算出接收機的位置。GPS和SINS都是目前世界上最先進的導航方法，二者各有優缺點，誰也代替不了誰。慣性導航與衛星定位組合導航系統，能充分發揮各自優勢，利用GPS的長期穩定性與適中精度，來彌補INS的誤差隨時間傳播而增大的缺點；利用INS的短期高精度來彌補GPS接收機在受到干擾時誤差增大或被遮擋時丟失信號的缺點。GPS/SINS組合導航技術，可以大大提高輸出數據更新率，防止導航定位誤差隨時間積累，提高了可靠性和抗干擾能力，是目前最先進、全天候、自主式導航定位技術。通過對低成本高精度制導控制技術的研究實現制導控制系統的通用化、模塊化、系列化，提升綜合性能。
發明內容
為提高輸出數據更新率，防止導航定位誤差隨時間積累，提高可靠性和抗干擾能力、滿足通用化、模塊化、低成本化的需要，本發明提出一種低成本高精度制導控制裝置。
本發明所述的一種低成本高精度制導控制裝置，包括捷聯慣性導航系統、慣性測量組合(MU)、制導計算組合(II3U)、供電模塊、對外接口。
供電模塊為捷聯慣性導航系統、慣性測量組合(MU)、制導計算組合(IPU)、對外接口提供電源；作為優選，供電模塊采用二次電源；
捷聯慣性導航系統包括加速度計和陀螺儀；
作為優選，捷聯慣性導航系統包括I個三軸加速度計、3個單軸陀螺儀、以及溫度傳感器構成，或者，3個單軸陀螺儀可用一體化三軸光纖陀螺代替；所述一體化三軸光纖陀螺有3個光纖環，它們共用一個數控SLD光源，可有效節約成本。
慣性測量組合包括串行通信控制模塊、AD轉換模塊、溫度信號處理與轉換模塊、慣性測量CPU、雙口 RAM通信模塊。所述串行通信控制模塊、AD轉換模塊、溫度信號處理與轉換模塊、雙口 RAM通信模塊分別與慣性測量CPU相連接；陀螺儀與串行通信控制模塊相連， 加速度計與AD轉換模塊相連，溫度傳感器與溫度信號處理與轉換模塊相連；雙口 RAM通信模塊與制導計算機相連；其中，陀螺儀的輸出數據通過串行通信控制模塊發送給慣性測量 CPU，加速度計的輸出數據由AD轉換模塊采集并處理后發送給慣性測量CPU，溫度傳感器的輸出數據發送給溫度信號處理與轉換模塊，經過處理轉換后發送給慣性測量CPU ;慣性測量CPU通過雙口 RAM通信模塊與制導計算機交換數據。
制導計算組合(IPU)包括信號處理單元、總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、GPS接口 ；所述總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、GPS接口分別與信號處理單元相連接；并且總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、GPS接口還與對外接口相連；作為優選其中GPS接口采用用于GPS的 UART 接口 ；
外圍設備包括高度表、數據/指令收發機、導引頭、遙測裝置、載機控制、地面測試裝置、舵機、電氣系統、GPS衛星接收機。
串行通信控制模塊還與外圍設備中的高度表、數據/指令收發機、導引頭、遙測裝置相連接；
總線控制模塊還與外圍設備中的載機控制、地面測試裝置、GPS衛星接收機相連；
對外接口還與外圍設備中的地面測試裝置、舵機、電氣系統相連。
對比現有技術，本發明的有益效果是采用雙CPU方案，可提高輸出數據更新率， 防止導航定位誤差隨時間積累，提高可靠性和抗干擾能力、滿足通用化、模塊化、低成本化的需要。
圖I是低成本高精度制導控制裝置系統框圖；
圖2用于一種制導控制系統時組成結構示意圖；
圖3是捷聯慣導系統基本原理示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步解釋說明。
本發明所述的一種低成本高精度制導控制裝置包括捷聯慣性導航系統、慣性測量組合(MU)、制導計算組合(ITO)、供電模塊、對外接口 ；具體見圖1，用于一種制導控制系統時組成結構示意圖見附圖2。
GPS模塊該模塊采用GARMIN公司的GPS15-0EM板。它是12通道的GPS接收機，
供耗小，數據更新率為每秒一次。
捷聯慣導模塊該模塊由一個ADI公司的ADXL330三軸加速度計，和3個ADI公司的ADXRS150單軸陀螺儀構成。ADXL330測量范圍+3g，ADXRS150測量范圍+300。/s。
數據采集處理相關部分選用PHILIPS公司的LPC2210ARM處理器。LPC2210采用 ARM7TDMI微控制器，自帶8路10位逐次逼近式A/D轉換器。
捷聯式慣導系統最大的特點是沒有實體平臺，陀螺儀和加速度計直接安裝在載體上，慣性元件的敏感軸安裝在載體坐標系(b系)三軸方向上，因為都是固連在載體上，所以測得的都是載體坐標系下的物理量。
系統精度的高低，在很大程度上取決于器件的測量誤差。慣導系統中器件的誤差模型比較復雜，一般都與溫度、震動、沖擊等、有的還與磁場有關。通過制導控制裝置的硬件設計可以減少震動沖擊、磁場等因素的影響，而溫度和其它一些因素的影響則在系統中建立誤差模型通過軟件補償的辦法來消除。
為了滿足可靠性、體積小、重量輕的要求和盡量少占資源的原則，本發明采用雙 CPU的電路方案，一個CPU用于完成慣性組合功能(導航計算)，一個CPU用于實現飛控計算機的制導控制功能(飛控計算信號處理)，再配置一片大規模可編程器件FPGA-XQV300， 將RS422串行通訊控制核、SPI總線控制核、雙口 DRAM、UART核和1553B總線控制核集成在 FPGA內，能最大限度節約成本并縮小體積。
捷聯式慣導系統最大的特點是沒有實體平臺，陀螺和加速度計直接安裝在載體上，慣性元件的敏感軸安裝在載體坐標系(b系)三軸方向上，因為都是固連在載體上，所以測得的都是載體坐標系下的物理量。陀螺儀輸出的是載體相對于慣性空間轉動的角速度在載體系中投影<，加速度計測量的是載體相對與慣性空間的加速度在載體系中的投影4， 該量也稱為比力，對于捷聯慣性導航系統來講，導航計算并不在載體系中進行，而要在導航坐標系(η系)完成，因此，首先利用陀螺儀測得的6^計算載體坐標系至導航坐標系的坐標變換矩陣·，然后利用此矩陣將加速度計測得的4變換到導航坐標系中；最后通過兩次積分，即可得到導航參數。另外，利用坐標變換矩陣的元素，又可以提取載體姿態信息，因此有時稱之為姿態矩陣。計算姿態矩陣、提取姿態角和比力變換這三項構成了捷聯慣性導航系統的“數學平臺”，代替了物理平臺。捷聯慣導系統基本原理示意圖如附圖3。
導航計算控制裝置采用北方位捷聯慣導系統，將平臺坐標系取為導航坐標系即東北天地理坐標系。用捷聯陀螺儀測量的角速度和計算機計算的角速度;^ 來計算載體姿態矩陣，然后從姿態矩陣元素提取機動載體姿態和航向信息。
以上所述的具體描述，對發明的目的、技術方案進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種低成本高精度制導控制裝置，其特征在于，包括捷聯慣性導航系統、慣性測量組合、制導計算組合、供電模塊、對外接口 ；所述供電模塊為捷聯慣性導航系統、慣性測量組合、制導計算組合、對外接口供電；所述捷聯慣性導航系統，包括加速度計和陀螺儀；陀螺儀和加速度計直接安裝在載體上，慣性元件的敏感軸安裝在載體坐標系三軸方向上；所述慣性測量組合，包括串行通信控制模塊、AD轉換模塊、溫度信號處理與轉換模塊、慣性測量CPU、雙口 RAM通信模塊；所述串行通信控制模塊、AD轉換模塊、溫度信號處理與轉換模塊、雙口 RAM通信模塊分別與慣性測量CPU相連接；陀螺儀與串行通信控制模塊相連，加速度計與AD轉換模塊相連，溫度傳感器與溫度信號處理與轉換模塊相連；雙口 RAM通信模塊與制導計算機相連；其中，陀螺儀的輸出數據通過串行通信控制模塊發送給慣性測量CPU，加速度計的輸出數據由AD轉換模塊采集并處理后發送給慣性測量CPU，溫度傳感器的輸出數據發送給溫度信號處理與轉換模塊，經過處理轉換后發送給慣性測量CPU ;慣性測量CPU通過雙口 RAM通信模塊與制導計算機交換數據。所述制導計算組合，包括信號處理單元、總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、GPS接口 ；所述總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、 GPS接口分別與信號處理單元相連接；并且總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、GPS接口還與對外接口相連；所述裝置的外圍設備還包括高度表、數據/指令收發機、導引頭、遙測裝置、載機控制、地面測試裝置、舵機、電氣系統、GPS衛星接收機；串行通信控制模塊還與外圍設備中的高度表、數據/指令收發機、導引頭、遙測裝置相連接；總線控制模塊還與外圍設備中的載機控制、地面測試裝置、GPS衛星接收機相連；對外接口還與外圍設備中的地面測試裝置、舵機、電氣系統相連。
2.根據權利要求
I所述的一種低成本高精度制導控制裝置，其特征在于捷聯慣性導航系統包括I個三軸加速度計、3個單軸陀螺儀、以及溫度傳感器構成；或者，3個單軸陀螺儀用一體化三軸光纖陀螺代替；所述一體化三軸光纖陀螺有3個光纖環，它們共用一個數控SLD光源。
3.根據權利要求
I或2所述的一種低成本高精度制導控制裝置，其特征在于供電模塊采用二次電源。
4.根據權利要求
I或2所述的一種低成本高精度制導控制裝置，其特征在于GPS接口采用用于GPS的UART接口。
專利摘要
本發明提供了一種低成本高精度制導控制裝置，屬于制導控制技術領域：
。包括捷聯慣性導航系統、慣性測量組合、制導計算組合、供電模塊、對外接口。慣性測量組合包括串行通信控制模塊、AD轉換模塊、溫度信號處理與轉換模塊、慣性測量CPU、雙口RAM通信模塊；制導計算組合(IPU)包括信號處理單元、總線控制模塊、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊、GPS接口。本發明采用雙CPU方案，可提高輸出數據更新率，防止導航定位誤差隨時間積累，提高可靠性和抗干擾能力、滿足通用化、模塊化、低成本化的需要。
文檔編號F41G11/00GKCN102589352SQ201210027975
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月9日
發明者于洋, 張旭, 徐智強, 李慧, 蔡德宇 申請人:哈爾濱建成集團有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan