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38120字硕士毕业论文车辆稳定性跟踪系统的技术分析及软件设计

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38120字
论点:稳定,跟踪,系统
论文概述:

本课题基于XX公司合作的车载雷达天线稳定跟踪系统项目,主要研究基于嵌入式技术的车载雷线稳定控制系统。本文以该系统为研究对象,对系统进行总体设计、硬件选型、系统控制算法设计、

论文正文:

介绍

1.1研究的目的和意义
现代作战技术正从以前的单一作战模式不断发展到高科技、多机动、海陆空联合作战模式。坦克、装甲车等陆地车辆在实际作战环境中不可避免地会受到崎岖不平的路面和风力的影响,以及转弯、转弯、爬升等频繁动作的影响。在旅途中,他们应该能够以同样强的机动性快速瞄准和跟踪目标,这样他们的作战平台不仅要有灵活的调度能力,还要有稳定的肺部瞄准、跟踪和射击能力,不受车辆的影响。在这样的要求下,稳定跟踪技术一直是现代军事系统中首先要解决的问题。在民用领域,车载卫星天线需要快速稳定地锁定卫星,并且需要不间断的卫星信号,这通常难以人工完成。此时,需要一个稳定的跟踪装置,使雷达天线能够灵活锁定卫星,保证天线在基地干扰的情况下获得最佳信号。稳定性跟踪系统已广泛应用于军事和民用领域(1)。稳定跟踪系统(stable tracking system)的基本功能是在载体(飞机、军舰、战车)移动的情况下,随时测量和补偿载体姿态变化引起的系统扰动(位置或速度),确保天线稳定指向不受干扰,并通过雷达天线等设备精确跟踪目标,特别是在高机动时锁定目标。在车辆识别和现场检测的应用中,摄像机经常需要拍摄高速场景的快速照片并获得高清晰度图像。此时,有必要稳定伺服系统以驱动摄像机跟踪拍摄目标并获得没有抖动的良好图像质量。一些雷达天线体积大,惯性大,容易因轻微干扰而造成严重干扰。为了根据已建立的控制指令实现目标跟踪,需要稳定的系统来隔离这几千个干扰。在地面反导系统中,防御目标主要来自空域的战斗机、侦察机和导弹。在隔离自身运动引起的干扰的过程中,需要快速准确地定位目标的运动轨迹,瞄准猫,消除威胁。这些领域离不开稳定的跟踪技术。随着国家各行业综合实力的发展以及对国家军事和国防能力的需求,对陆地空防御设备的快速反应和机动能力以及机动过程中稳定肺部对准和目标跟踪的能力提出了更高的要求。随着经济的发展和对便利设施的需求,稳定跟踪技术也被应用于卫星固定天线,以稳定地传输电视和网络信号,丰富人们的精神生活。稳定跟踪系统集成惯性导航技术、微惯性传感器应用技术、数据采集和信号处理技术、电机伺服控制技术、运动控制技术、运动动力学建模与仿真技术、系统工程技术等技术,是以机电一体化和自动控制技术为主体的多学科有机结合的产物[2]。稳定跟踪技术已连续研究多年。面对不同的应用环境和需求,需要解决不同的问题。针对车载雷达天线目标跟踪系统的应用,研究了车载稳定跟踪系统中的一些关键问题和软件设计,对相关系统的开发具有应用前景和现实意义。

1.2研究现状

1.2.1国外研究现状
国外早就对稳定平台技术进行了研究。主要研究方向是小型化、数字化和集成化。目前,它已广泛应用于车载、舰载、机载、弹载等设备稳定跟踪系统的
3稳定方法.......16
3.1稳定平台扰动补偿.......16
3.1.1坐标系定义和双轴结构.......16
3.1.2陀螺仪安装和补偿方法.......17
3.1.3速度补偿坐标解决方案.......19 [/br/ ]3.2陀螺仪输出数据预处理.......21
3.3卡尔曼滤波技术.......23
3.4本章摘要.......30
4稳定跟踪系统控制方法.......31
4.1系统控制结构.......31
4.2位置控制算法.......32
4.2.1分区PID控制算法.......32
4.2.2伺服电机数学模型.......34
4.2.3伺服系统控制仿真.......34
4.3目标跟踪插值算法.......37
4.3.1再入反馈控制技术的原理.......37[/比尔/] 4.3.2再入反馈中的坐标变换.......38[/比尔/] 4.3.3目标轨迹外推.......40[/比尔/] 4.3.4轨迹外推算法性能.......41 [/BR/] 4.4本章概述.......42 [/BR/] 5稳定跟踪系统软件设计.......43
5.1软件总体设计.......43
5.1.1软件总体结构.......43
5.1.2主流顺序工艺.......44
5.2初始化模块设计.......45
5.3定时中断设计.......48
5.4状态检测和故障处理模块.......53
5.5本章摘要.......54。20世纪40年代,为了减少在旅途中载体姿态变化对陆地准视轴的影响,各国开始在坦克上开发和安装稳定系统,在复杂路况和车体连续运动的情况下,可以将雷达探测天线瞄准视轴的方位角稳定在离目标角度很小的范围内。当时,坦克炮肺准直器的稳定性精度约为11密耳(1密耳= 360/6000),枪以最大速度转动时的误差不超过4密耳。自20世纪50年代以来,双向稳定器(即高低和方位稳定器)在坦克中得到广泛应用,大大提高了坦克火炮空之间的射击精度和作战效果,俯仰稳定精度达到1 mil,方位稳定精度达到3 mil。自1981年以来,美国已经开始生产Ml坦克。坦克采用数字坦克火控系统。炮头用主肺准直镜捕捉目标。炮头的火控命令和来自自动弹道传感器的弹道修正数据同时输入弹道计算机,弹道计算机计算弹道并控制炮塔转动,以稳定炮肺准直目标。随着技术的成熟,稳定跟踪系统逐渐被广泛使用,如俄罗斯T-82坦克、英国标枪导弹海上发射平台和海枭海上红外跟踪稳定平台。就机载设备而言,美国、以色列、法国、加拿大、英国、俄罗斯等国家已经开发了各种机载和舰载设备产品。例如,以色列开发的ESP-600C无人机采用方位-仰角双轴平台,可实现360°。

2稳定跟踪系统总体设计

2.1稳定平台的机械结构
本文研究的稳定跟踪平台应具备两个基本功能:一是稳定功能,即可以产生稳定力矩来抵消载体角运动产生的干扰力矩,防止稳定物体随载体运动而运动;二是跟踪功能,即系统可以产生位置闭环控制回路,使稳定物体根据所需的角运动规律在相对惯性空之间运动。当稳定平台系统仅在稳定状态下工作而不校正平台空之间的位置时,这种工作状态称为几何稳定状态[5]。当稳定平台系统保持稳定时,平台空也被修改以使稳定轴根据所需规则旋转。这种工作状态称为空之间的积分状态。如前所述,稳定平台的常见机械结构包括双轴框架结构和三轴框架结构。三轴架可以通过相对位置、俯仰和滚转的三姿态角补偿来补偿载体的运动,补偿范围大,可以解决过顶等问题。但同时结构复杂,设备体积大,难以适用于车载场合。事实上,双轴框架结构已经可以满足大多数场合的要求,例如拍摄猫的准线、光轴和地面垂直线
在某公司合作研发“稳定跟踪系统”的基础上,研究并设计了一种用于移动运营商稳定跟踪系统的双轴稳定平台。主要研究成果如下:
(1)阐述了稳定跟踪系统稳定方法的两个方面。一种是双轴稳定平台的姿态计算方法,陀螺安装方法,为系统控制奠定基础。二是陀螺时间序列建模,卡尔曼滤波算法在陀螺滤波中的应用,陀螺静态和动态滤波的仿真分析。
(2)根据上述陀螺安装方法,设计了速度补偿复合前馈控制结构,给出了位置-速度-电流三回路控制方法。分析了智能分区PID算法,并将其作为位置控制器,利用仿真软件进行控制仿真。理论上,证明了其控制方法可以减小系统的跟踪误差。在此基础上,针对雷达制导方式下误差较大的问题,设计了目标跟踪插值算法-扎牛反馈,并进行了仿真验证,进一步提高了系统的精度。
(3)系统软件设计采用模块化思想完成,主要包括初始化模块、位置控制模块、速度补偿模块、状态检测和故障处理模块以及外围接口驱动程序。给出了各部分的软件实现方法和过程。
(4)结合软硬件环境,对系统进行模块调试。完成数据采集、控制数据传输、驱动和电机调试,实现稳定的速度补偿算法。的稳定性。双轴结构可以进一步分为不同的实现形式。最常见的类型是AZ/EL型,即方位角-仰角天线支架。如图2.1所示,方位角轴和仰角轴相互垂直。垂直轴天线基座用于用方位角轴支撑天线。该天线座结构紧凑,调整测量方便,承载能力大。它适用于该系统的特点,如更高的负载和有限的安装空。该系统采用这种结构。

[7]

结论

[9]

参考
[1]施郑融。车载设备视轴稳定与跟踪技术研究[。南京:东南大学,2006
[2]郭家建。“运动中的卫星通信系统若干技术问题的讨论”[。专家论坛,2008: 38-49。
[3]西雅图公司,车载卫星天线的领导者——数字通信世界。2007(5): 34-35。
[4]王连明,葛文琪,谢穆钧。陀螺稳定平台速度环的神经网络自适应控制方法[[]。光电工程。2001年,28 (4)。
[5]陈永兵,钟彬。惯性导航原理。北京:国防工业出版社,2007
[6]符涛。三轴稳定平台控制系统的设计与仿真。南京:南京理工大学。2009
[7]周杰伦。基于运动载体[的平台稳定系统控制方法研究。厦门:厦门大学。2009.
[8]伦·元航。陀螺稳定伺服平台的设计。南京:南京理工大学。2008.
孙娜娜。双轴稳定平台直接控制和间接控制的比较研究[。Xi安:西安电子科技大学。2010.
[10]房鹿。MIMU[陀螺随机漂移建模及卡尔曼滤波技术研究。太原:中国北方大学。2007.