基于双DSP的嵌入式导航计算机分布式系统设计

为了满足SINS/GPS组合导航系统的小型化、低功耗、低成本等条件,以及越来越高的精度要求,设计了基于双DSP和FPGA构成的嵌入式导航计算机分布式系统.该系统由TI公司TMS320C6701型和TMS320VC33型DSP芯片作为核心处理器,主要完成导航计算和在线滤波校正算法;由FPGA实现输入输出等外围接口,完成对IMU信号的采集控制和缓存、多串行口的扩展等功能.DSP通过外部存储器接口(EMIF)实现与FPGA的通信,可以一次以DMA(Direct Memory Access)的方式从FPGA中FIFO快速读取IMU以及GPS的数据,使得DSP能专注于导航计算;另外,导航计算和在线滤波校正任务在不同的DSP中完成,能有效提高系统的精度,更好地满足系统实时性要求.     

陆用AHRS/GPS紧耦合系统的迭代EKF算法

在AHRS/GPS导航定位中,系统包含有非线性观测量,需要建立实时的EKF(推广卡尔曼滤波器),以通过当前状态Taylor展开来近似非线性。以低成本陆用AHRS(航姿参考系统)/GPS紧耦合导航系统为研究对象,构建了基于伪距、伪距率、航向角组合观测数学模型。作为滤波算法的改进,文中采用了迭代EKF,逼近导航参数的非线性函数,从而得到了自适应的载体参数线性模型。仿真结果表明,该算法模型可使姿态角、速度、位置误差均方差分别控制在120~(?)、0.01m/s和4m以内,导航参数的精度有显著提高。     

航空时敏炸弹SINS/GNSS组合导航系统设计(英文)

为满足机载精确制导弹药小型化、高可靠性方面的要求,设计了一体化闭环光纤惯导/GNSS紧凑型组合导航系统,该样机基于DSP C6747+FPGA浅并行架构,运用自适应卡尔曼滤波算法实现组合导航系统的信息融合,样机整体尺寸为13 cm×14 cm×12 cm。为验证系统性能,搭建了弹载组合导航半实物仿真平台,通过计算机仿真模拟目标信息和炸弹飞行全过程,分析了在组合导航系统辅助下制导炸弹对目标的打击精度,最后对样机进行了地面跑车试验的考核。半实物仿真与地面跑车试验结果表明,该组合导航系统具有较好的实时性和稳定性,导航精度满足精确打击的要求。     

MEMS-IMU/GPS组合导航系统的实现

针对我国军事和民用对低成本、微小型、高性能导航系统的迫切需求,提出基于MEMS技术的IMU/GPS组合导航系统方案,深入研究了构建该组合导航系统的关键技术。由于MEMS陀螺的零偏受到温度影响,提出采用递推最小二乘自适应标定算法（ARLS）进行误差标定和补偿,从而提高MEMS陀螺的使用精度;建立了MEMS-IMU/GPS组合的卡尔曼滤波器,利用加速度计倾角传感器原理估计载体的水平姿态,增强了姿态信息的冗余度和可靠性;设计了该组合导航系统的信息融合策略。最后,构建了基于DSP的MEMS-IMU/GPS组合导航系统。机载飞行试验结果表明,该系统算法正确、性能可靠,达到了较高的导航精度,具有广阔的应用前景。     

移动卫星天线指向矢量辅助组合导航系统方法

为弥补SINS/GPS组合导航系统姿态角误差可观测性差的缺陷,根据移动载体卫星天线捕获通信卫星后通过自搜索实现精确对准卫星的原理,提出增加天线指向矢量信息(SAPV)的方位角和俯仰角信息为系统观测量,用于辅助SINS/GPS组合导航系统.根据SINS/GPS组合导航系统数学模型对姿态角误差的可观测性进行了分析,并对SAPV与组合导航误差之间的关系进行了详细数学推导,证明了SAPV辅助组合导航系统的可行性,建立了SAPV辅助组合导航系统的数学模型,采用联邦滤波器进行数据融合.仿真结果表明,SINS/GPS组合导航系统通过SAPV辅助,方位角误差估计精度提高了1个数量级,小于10′,水平姿态角误差估计精度略有提高,小于2 ′.该方法充分利用了天线通过自搜索完成精确对准卫星后的高精度指向信息,无须添加任何硬件系统,通过简单可靠的信息融合算法即可达到提高载体姿态测量精度的目的.     

MINS/GPS一体化紧组合导航系统

采用基于MEMS技术的低成本IMU和GPS作为传感器,以DSP和FPGA分别作为计算和通信器件,实现一体化紧凑型的紧组合导航系统.除去外接天线,整个导航系统尺寸为12cm x 12 crx11.6 cm.算法方面,采用扩展卡尔曼滤波器,以伪距、伪距率误差作为观测量进行实时滤波估算导航系统的状态量,进而修正系统误差.采用双子样优化的圆锥效应和划船效应补偿算法,实现100Hz的导航数据输出.通过静态和跑车实验验证,该系统的静态水平定位误差为0.2 m(CEP),动态水平定位误差优于10m(CEP),俯仰角和横滚角误差为0.3°,航向角误差为0.5°.     

基于DSP实现的数字化闭环光纤陀螺

提出一种基于高速数字信号处理专用DSP芯片使用的数字化闭环光纤陀螺系统方案,并着重讨论其数字快速算法的实现。这种快速算法采用多抽样率数字信号系统中抽取的高效结构实现,能够在保证系统的实时性和精度的条件下,极大地减少了DSP系统的运算量和存储量。     

联邦滤波在飞机组合导航中的应用

研究了中等精度捷联惯导系统(SINS),大气数据系统(ADS)和塔康系统(TACAN)构成的机载组合导航系统.在分析SINS、ADS、TACAN各自特点的基础上,提出了SISN/ADS/TACAN组合导航系统的联邦滤波方案,并建立了相应的组合导航系统的数学模型.以一条典型的飞行轨迹进行了全航线的仿真研究,仿真结果为:基于联邦滤波的SINS/ADS/TACAN组合导航系统的位置精度约为70 m(CEP),速度精度约为0.75 m/s(1),航向精度为约为 (1)和姿态精度约为 (1),由此可见基于联邦滤波的SINS/ADS/TACAN组合导航系统可以充分利用各机载导航子系统信息,满足飞机导航定位的精度要求.     

基于模糊自适应强跟踪滤波的惯性/地磁组合导航方法

针对在量测噪声统计特性发生变化时,基于滤波算法的惯性/地磁组合导航系统存在精度下降甚至发散的问题,提出了一种基于模糊自适应强跟踪滤波算法的惯性/地磁组合导航方法,该方法通过制定模糊规则,实时监控系统残差变化,自适应地调整柔化因子的大小,即增强了滤波器对时变噪声的跟踪能力又保证了滤波器处理当前信息的能力.仿真结果表明:该方法能够很好地抑制纯惯性导航系统随时间累积的误差,而且在量测噪声统计特性发生变化时,系统误差没有出现明显的跳变,保证了整个导航系统的精度,提高了系统的鲁棒性.     

北斗软件接收机中GEO卫星定位策略

GEO卫星在导航系统中发挥着基本导航、增强和转发等三大功能。针对北斗系统GEO卫星的特殊性和兼容性,对北斗GEO卫星播发的D2导航电文的特点进行了分析,利用GEO的静地特性在基带信号处理中应用数学思想提出了基于二次函数逼近的快速牵引,推导了GEO卫星位置速度的计算公式,提出了基于模糊控制的GEO伪距测量算法,提高了信号处理通道的通用性和兼容性。对相关算法和策略在基于DSP+FPGA的软件接收机中利用实际信号进行了验证,在省略精捕获时间的情况下实现了50 Hz以下的多普勒频移精度,伪距测量方法的通用性节省了50%的资源和工作量,相关算法具有良好的实用价值。     

Continuous-Time Bilinear System Identification

The objective of this paper is to describe a new method for identification of a continuous-time multi-input and multi-output bilinear system. The approach is to make judicious use of the linear-model properties of the bilinear system when subjected to a constant input. Two steps are required in the identification process. The first step is to use a set of pulse responses resulting from a constant input of one sample period to identify the state matrix, the output matrix, and the direct transmission matrix. The second step is to use another set of pulse responses with the same constant input over multiple sample periods to identify the input matrix and the coefficient matrices associated with the coupling terms between the state and the inputs. Numerical examples are given to illustrate the concept and the computational algorithm for the identification method.     

Stability Criteria for Quasilinear Impulsive Systems

New sufficient conditions for the asymptotic stability and robust stability of a quasilinear impulsive system are established. The results obtained are exemplified by a specific quasilinear impulsive system     

Completely integrable bi-Hamiltonian systems

We study the geometry of completely integrable bi-Hamiltonian systems and, in particular, the existence of a bi-Hamiltonian structure for a completely integrable Hamiltonian system. We show that under some natural hypothesis, such a structure exists in a neighborhood of an invariant torus if, and only if, the graph of the Hamiltonian function is a hypersurface of translation, relative to the affine structure determined by the action variables. This generalizes a result of Brouzet for dimension four.     

捷联惯导中的等效旋转矢量算法及其仿真研究

本文研究了等效旋转矢量算法，编制了动态环境下的导航轨迹发生器，进行了等效旋转矢量算法的导航仿真，并与四元数的四阶龙格—库塔导航算法进行比较，验证了等效旋转矢量算法的优越性     

A GENERAL FREQUENCY DEPENDENT DIGITAL OPTIMAL PREVIEW SERVO SYSTEM

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A result on a feedback system of ordinary differential equations

A monotone system of ordinary differential equations is considered. It is shown that the omega limit set of a bounded trajectory of this system contains an equilibrium point or a nonconstant periodic orbit. As an application, a four-dimensional system of ordinary differential equations of Lotka-Volterra type is presented. It is shown that if the interior equilibrium point of this system is unstable, then a periodic orbit is contained in the omega limit set of its bounded trajectories.     

摩擦学系统的系统理论研究和建模

摩擦学的系统思想是在摩擦学诞生初期就已经被提出来.由于摩擦学的理论体系研究一直进展缓慢,摩擦学系统的系统理论和建模研究也一直进展缓慢.本文在摩擦学3个公理基础上,从一般系统理论与工程系统分析方法相结合出发,研究了摩擦学系统的功能和构成,论述了摩擦学系统在运动系统中承担的运动保证功能,即保证运动系统各部分之间有确定的相对运动.运动保证功能由全体摩擦副共同实现,并有若干辅助子系统支持摩擦副的可靠工作,它们一起构成了摩擦学系统.摩擦学系统是为研究摩擦学行为而从运动系统中抽象出来的运动系统的子系统.从系统功能出发,摩擦学系统的状态参数集里必然含有与构件运动有关的参数,这些参数对于摩擦学研究非常重要.摩擦学系统结构既与历史关联又跟随状态变化,因此是非定常非线性系统.这2种变化对于摩擦学系统具有不同的时间尺度,也就是说具有非常长的周期和相对非常短的周期,这就为能够以不同时间尺度的分段定常和分段线性化求解计算提供了理论根据,从而在模型中考虑了此前为不能积分而对结构引入的大量简化,这些过去被忽略的因素对摩擦学系统其实是很重要的.同时,也使得能够在建模中将不同学科行为通过与历史关联和跟随状态变化的系统结构进行耦合和共同作用于系统.文章给出了1个缸套-活塞裙部,连杆大小头和曲轴轴承摩擦学系统的算例.     

综合船桥系统的体系结构和信息流程设计

综合船桥系统是实施船舶导航和控制的集成系统,它通过相互连接以集中使用来自工作站的传感器信息、命令或控制以提高操作人员管理船舶的安全性和效率。分析了国外典型综合船桥系统的设备配置,研究了综合船桥系统的工作过程,分析了综合船桥系统的体系结构,在此基础上,提出了基于多功能台的综合船桥系统的体系结构和完全由标准组件组成的综合船桥系统的网络布局、设计了综合船桥系统的接口和信息流程。     

Gradient systems and mechanical systems

All types of gradient systems and their properties are discussed. Two problems connected with gradient sys-tems and mechanical systems are studied. One is the direct problem of transforming a mechanical system into a gradi-ent system, and the other is the inverse problem, which is transforming a gradient system into a mechanical system.     

嵌入式控制技术在定位定向系统中的应用

介绍了基于RTLinux和PC104单板机的嵌入式控制模块在定位定向系统中的应用实例，阐述了系统开发对实时嵌入操作系统的选择策略，并分析了系统软件的结构和实现方法。