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题目:微小型飞行器MGNC系统设计及嵌入式操作系统BSP研究

关键词:MGNC,MEMS,MIMU,VxWorks,组合导航

  摘要

微小型导航、制导与控制(Micro Guidance, Navigation and Control,MGNC)系统是微小型飞行器实现导航、制导与控制的核心组成部分。本论文结合“十一五”国防基础科研重大项目,针对现有MGNC系统成本高、体积大、功耗高等问题,采用MEMS(Micro Electronic Machine System)传感器,运用多传感器组合导航技术,设计实现了高精度、低成本、小体积、低功耗的MGNC系统,研究内容包括MGNC系统软硬件设计、扩展嵌入式VxWorks操作系统BSP(Board Support Package)的移植研究及飞行试验研究。首先,根据应用需求,给出了系统硬件设计方案,设计了MGNC系统的硬件平台,具体阐述了微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)信息处理及控制执行单元等模块的设计方法,实现了MGNC系统硬件平台的高精度、低成本、小体积、低功耗。其次,设计了MGNC系统的软件流程方案,编写了硬件相关配置及驱动程序,设计了传感器数据采集、数据滤波处理、捷联及组合导航、飞行控制等程序,实现了MGNC系统功能。再次,研究了嵌入式VxWorks操作系统的BSP移植,基于MGNC系统的信息处理及控制执行单元,实现了VxWorks操作系统的内核移植,完成了相关驱动程序的设计,为上层应用软件提供了内核基础。最后,基于本文设计的MGNC系统进行了地面及飞行试验,验证了该MGNC系统的性能,试验出了一套适用于微小型飞行器的飞行控制方法,完成了微小型飞行器的航迹控制等飞行科目。试验结果表明,本文设计的MGNC系统软硬件设计具有较高的可靠性,能够满足微小型飞行器自动导航控制的应用需要,具有较高的工程实用性。