● 摘要
高精度位置姿态系统（Position and Orientation System，POS）可精确测量航空遥感载荷相位中心的位置姿态信息用于遥感载荷运动补偿，是实现高分辨率航空对地观测的共性关键设备之一。结合国内遥感领域对高精度POS型号的需求，针对激光陀螺POS的惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）数据采集及处理系统的可靠性设计具有重要工程应用价值，本文开展了POS用高精度激光陀螺IMU数据采集及处理系统设计与研究。论文的主要工作如下：（1）针对激光陀螺IMU并行采集和高精度处理的需求，确定了基于FPGA和DSP的软硬件设计方案；面向高精度激光陀螺IMU的工程化需求，进行了激光陀螺IMU数据采集及处理系统可靠性方案设计。（2）选用军品级器件，以Ⅱ级降额等可靠性要求，设计实现了IMU数据采集及处理系统硬件电路，基于元器件计数法对系统硬件电路的可靠性进行预计，结果表明系统满足可靠性指标要求；并在硬件平台上设计实现系统FPGA和DSP软件。（3）针对线性相位有限长单位冲激响应（Finite Impulse Response，FIR）滤波解调方法运算量大、时延大和常规无限长单位冲激响应（Infinite Impulse Response，IIR）滤波解调方法相位非线性严重的问题，提出一种时延低、运算量小的线性相位IIR滤波解调方法，并将其应用于激光陀螺IMU数据采集及处理系统。（4）针对激光陀螺IMU的测量时间延迟会导致POS测量精度下降的问题，建立激光陀螺IMU减振系统时延模型和滤波时延模型，提出基于线性相位IIR滤波解调的激光陀螺IMU时延补偿方法。（5）将论文设计的IMU数据采集及处理系统集成到激光陀螺POS型号样机中，进行激光陀螺POS静态和车载实验，实验结果表明IMU数据采集及处理系统功能正常，性能良好，证明本文设计的数据采集及处理系统的正确性。