● 摘要
载体在运动过程中的形变测量，对测量设备的精度、数据更新频率、动态环境下的可靠性均有较高要求，但传统的测量方法难以满足。本文针对某型号直升机飞行过程中机体形变的高精度实时测量要求，设计并实现了基于光纤惯性测量技术的双IMU/DGPS组合相对测姿系统。本文根据直升机特点，提出了双IMU/DGPS组合相对测姿方案；在分析温度、电磁干扰对系统精度造成的影响的基础上，设计了环境误差补偿方案；研究了主、从惯导和DGPS三者间的同步误差对系统精度造成的影响，并提出了同步方法。研究了Kalman滤波技术，分析了捷联惯导系统的误差模型，根据DPGS信息更新状态，设计了能够在IMU/DGPS组合方式与主/从惯导组合方式间进行切换的滤波算法，并提出了相对姿态置信度估计方法。对算法进行了仿真试验，试验结果表明其精度能够满足测量要求。设计并实现了双IMU/DGPS组合相对测姿系统样机。分析了基于FPGA+DSP的组合导航计算机构架方案，设计了DSP和FPGA的外围电路和系统控制逻辑，以及相应的上位机测控软件。对系统样机进行了误差标定，并通过残差试验验证了标定结果和补偿方法；进行了车载试验，结果表明系统在俯仰和横滚方向上的相对测姿误差均低于0.01°，满足精度指标要求；进行了机载悬停试验，结果表明在直升机悬停过程中，当由螺旋桨引起的机身振动传递至吊舱安装位置时在俯仰方向量值被放大，而横滚方向上的相对形变量为0.3°左右。