CN202442651U

CN202442651U - 低成本高精度制导控制装置

Info

Publication number: CN202442651U
Application number: CN2012200411185U
Authority: CN
Inventors: 于洋; 蔡德宇; 张旭; 徐智强; 李慧
Original assignee: Harbin Jiancheng Group Co Ltd
Current assignee: Harbin Jiancheng Group Co Ltd
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-09

Abstract

本实用新型提供了一种低成本高精度制导控制装置，属于制导控制技术领域。包括：捷联惯性导航系统、惯性测量组合、制导计算组合、供电模块、对外接口。惯性测量组合包括串行通信控制模块、AD转换模块、温度信号处理与转换模块、惯性测量CPU、双口RAM通信模块；制导计算组合包括信号处理单元、总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口。本实用新型采用双CPU方案，可提高输出数据更新率，防止导航定位误差随时间积累，提高可靠性和抗干扰能力、满足通用化、模块化、低成本化的需要。

Description

低成本高精度制导控制装置

技术领域

本实用新型属于制导控制技术领域，涉及一种制导控制装置。

背景技术

低成本高精度制导控制技术是制导提高威力技术改造途径之一。现有的各种导航系统各自有其优势和特色但也有其不足之处。捷联惯性导航系统(SINS)是利用惯性元件来感测载体的运动加速度，经过积分运算求出导航参数以确定载体位置；全球定位系统(GPS)采用多星、高轨测距体制，通过多颗卫星同时进行距离测量从而解算出接收机的位置。GPS和SINS都是目前世界上最先进的导航方法，二者各有优缺点，谁也代替不了谁。惯性导航与卫星定位组合导航系统，能充分发挥各自优势，利用GPS的长期稳定性与适中精度，来弥补INS的误差随时间传播而增大的缺点；利用INS的短期高精度来弥补GPS接收机在受到干扰时误差增大或被遮挡时丢失信号的缺点。GPS/SINS组合导航技术，可以大大提高输出数据更新率，防止导航定位误差随时间积累，提高了可靠性和抗干扰能力，是目前最先进、全天候、自主式导航定位技术。通过对低成本高精度制导控制技术的研究实现制导控制系统的通用化、模块化、系列化，提升综合性能。

实用新型内容

为提高输出数据更新率，防止导航定位误差随时间积累，提高可靠性和抗干扰能力、满足通用化、模块化、低成本化的需要，本实用新型提出一种低成本高精度制导控制装置。

本实用新型所述的一种低成本高精度制导控制装置，包括：捷联惯性导航系统、惯性测量组合(IMU)、制导计算组合(IPU)、供电模块、对外接口。

供电模块为捷联惯性导航系统、惯性测量组合(IMU)、制导计算组合(IPU)、对外接口提供电源；作为优选，供电模块采用二次电源；

捷联惯性导航系统包括加速度计和陀螺仪；

作为优选，捷联惯性导航系统包括1个三轴加速度计、3个单轴陀螺仪、以及温度传感器构成，或者，3个单轴陀螺仪可用一体化三轴光纤陀螺代替；所述一体化三轴光纤陀螺有3个光纤环，它们共用一个数控SLD光源，可有效节约成本。

惯性测量组合包括串行通信控制模块、AD转换模块、温度信号处理与转换模块、惯性测量CPU、双口RAM通信模块。所述串行通信控制模块、AD转换模块、温度信号处理与转换模块、双口RAM通信模块分别与惯性测量CPU相连接；陀螺仪与串行通信控制模块相连，加速度计与AD转换模块相连，温度传感器与温度信号处理与转换模块相连；双口RAM通信模块与制导计算机相连；其中，陀螺仪的输出数据通过串行通信控制模块发送给惯性测量CPU，加速度计的输出数据由AD转换模块采集并处理后发送给惯性测量CPU，温度传感器的输出数据发送给温度信号处理与转换模块，经过处理转换后发送给惯性测量CPU；惯性测量CPU通过双口RAM通信模块与制导计算机交换数据。

制导计算组合(IPU)包括信号处理单元、总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口；所述总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口分别与信号处理单元相连接；并且总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口还与对外接口相连；作为优选其中GPS接口采用用于GPS的UART接口；

外围设备包括：高度表、数据/指令收发机、导引头、遥测装置、载机控制、地面测试装置、舵机、电气系统、GPS卫星接收机。

串行通信控制模块还与外围设备中的高度表、数据/指令收发机、导引头、遥测装置相连接；

总线控制模块还与外围设备中的载机控制、地面测试装置、GPS卫星接收机相连；

对外接口还与外围设备中的地面测试装置、舵机、电气系统相连。

对比现有技术，本实用新型的有益效果是：采用双CPU方案，可提高输出数据更新率，防止导航定位误差随时间积累，提高可靠性和抗干扰能力、满足通用化、模块化、低成本化的需要。

附图说明

图1是低成本高精度制导控制装置系统框图；

图2用于一种制导控制系统时组成结构示意图；

图3是捷联惯导系统基本原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步解释说明。

本实用新型所述的一种低成本高精度制导控制装置包括捷联惯性导航系统、惯性测量组合(IMU)、制导计算组合(IPU)、供电模块、对外接口；具体见图1，用于一种制导控制系统时组成结构示意图见附图2。

GPS模块：该模块采用GARMIN公司的GPS15-OEM板。它是12通道的GPS接收机，供耗小，数据更新率为每秒一次。

捷联惯导模块：该模块由一个ADI公司的ADXL330三轴加速度计，和3个ADI公司的ADXRS 150单轴陀螺仪构成。ADXL330测量范围±3g，ADXRS150测量范围±300°/s。

数据采集处理相关部分选用PHILIPS公司的LPC2210ARM处理器。LPC2210采用ARM7TDMI微控制器，自带8路10位逐次逼近式A/D转换器。

捷联式惯导系统最大的特点是没有实体平台，陀螺仪和加速度计直接安装在载体上，惯性元件的敏感轴安装在载体坐标系(b系)三轴方向上，因为都是固连在载体上，所以测得的都是载体坐标系下的物理量。

系统精度的高低，在很大程度上取决于器件的测量误差。惯导系统中器件的误差模型比较复杂，一般都与温度、震动、冲击等、有的还与磁场有关。通过制导控制装置的硬件设计可以减少震动冲击、磁场等因素的影响，而温度和其它一些因素的影响则在系统中建立误差模型通过软件补偿的办法来消除。

为了满足可靠性、体积小、重量轻的要求和尽量少占资源的原则，本实用新型采用双CPU的电路方案，一个CPU用于完成惯性组合功能(导航计算)，一个CPU用于实现飞控计算机的制导控制功能(飞控计算信号处理)，再配置一片大规模可编程器件FPGA-XQV300，将RS422串行通讯控制核、SPI总线控制核、双口DRAM、UART核和1553B总线控制核集成在FPGA内，能最大限度节约成本并缩小体积。

捷联式惯导系统最大的特点是没有实体平台，陀螺和加速度计直接安装在载体上，惯性元件的敏感轴安装在载体坐标系(b系)三轴方向上，因为都是固连在载体上，所以测得的都是载体坐标系下的物理量。陀螺仪输出的是载体相对于惯性空间转动的角速度在载体系中投影

加速度计测量的是载体相对与惯性空间的加速度在载体系中的投影

该量也称为比力，对于捷联惯性导航系统来讲，导航计算并不在载体系中进行，而要在导航坐标系(n系)完成，因此，首先利用陀螺仪测得的计算载体坐标系至导航坐标系的坐标变换矩阵

然后利用此矩阵将加速度计测得的

变换到导航坐标系中；最后通过两次积分，即可得到导航参数。另外，利用坐标变换矩阵的元素，又可以提取载体姿态信息，因此有时称之为姿态矩阵。计算姿态矩阵、提取姿态角和比力变换这三项构成了捷联惯性导航系统的“数学平台”，代替了物理平台。捷联惯导系统基本原理示意图如附图3。

导航计算控制装置采用北方位捷联惯导系统，将平台坐标系取为导航坐标系即东北天地理坐标系。用捷联陀螺仪测量的角速度

和计算机计算的角速度

来计算载体姿态矩阵

然后从姿态矩阵元素提取机动载体姿态和航向信息。

以上所述的具体描述，对实用新型的目的、技术方案进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种低成本高精度制导控制装置，其特征在于，包括：捷联惯性导航系统、惯性测量组合、制导计算组合、供电模块、对外接口；

所述供电模块为捷联惯性导航系统、惯性测量组合、制导计算组合、对外接口供电；

所述捷联惯性导航系统，包括：加速度计和陀螺仪；陀螺仪和加速度计直接安装在载体上，惯性元件的敏感轴安装在载体坐标系三轴方向上；

所述惯性测量组合，包括：串行通信控制模块、AD转换模块、温度信号处理与转换模块、惯性测量CPU、双口RAM通信模块；所述串行通信控制模块、AD转换模块、温度信号处理与转换模块、双口RAM通信模块分别与惯性测量CPU相连接；陀螺仪与串行通信控制模块相连，加速度计与AD转换模块相连，温度传感器与温度信号处理与转换模块相连；双口RAM通信模块与制导计算机相连；其中，陀螺仪的输出数据通过串行通信控制模块发送给惯性测量CPU，加速度计的输出数据由AD转换模块采集并处理后发送给惯性测量CPU，温度传感器的输出数据发送给温度信号处理与转换模块，经过处理转换后发送给惯性测量CPU；惯性测量CPU通过双口RAM通信模块与制导计算机交换数据。

所述制导计算组合，包括：信号处理单元、总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口；所述总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口分别与信号处理单元相连接；并且总线控制模块、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块、GPS接口还与对外接口相连；

所述装置的外围设备还包括：高度表、数据/指令收发机、导引头、遥测装置、载机控制、地面测试装置、舵机、电气系统、GPS卫星接收机；

2.根据权利要求1所述的一种低成本高精度制导控制装置，其特征在于：捷联惯性导航系统包括1个三轴加速度计、3个单轴陀螺仪、以及温度传感器构成；或者，3个单轴陀螺仪用一体化三轴光纤陀螺代替；所述一体化三轴光纤陀螺有3个光纤环，它们共用一个数控SLD光源。

3.根据权利要求1或2所述的一种低成本高精度制导控制装置，其特征在于：供电模块采用二次电源。

4.根据权利要求1或2所述的一种低成本高精度制导控制装置，其特征在于：GPS接口采用用于GPS的UART接口。