捷联式航姿基准系统(AHRS)是捷联式惯性系统的重要分支,而数字化、高精度、小型化、低成本是当前捷联AHRS的主要发展方向。光纤陀螺仪是一种应用电磁辐射特性来敏感角速率的新型传感器,它的诸多优点使其在捷联惯性系统中正得到越来越多的应用。浮点DSP不仅具有极高的运算速度,而且具有体积小、成本低、系统开发便利等优点。采用DSP技术的光纤陀螺捷联AHRS将会是惯性航姿基准系统的一个重要发展方向。本文作者围绕光纤陀螺的输出信号处理、基于浮点DSP的捷联AHRS姿态算法和如何提高系统的输出精度等问题,主要进行了以下几个方面的研究： 1.在对光纤陀螺输出信号进行时域、频域进行分析研究的基础上,给出了光纤陀螺信号递归型高阶低通数字滤波器的设计方法。该数字滤波器具有较好的频率特性和实时性,应用该滤波器可以很好地改善陀螺输出信号的性能,显著提高陀螺输出信号的精度和线性度。 2.由于光纤陀螺的温度漂移具有非常明显的非线性特性,传统的基于参数辨识的方法将不能得到理想的效果,提出了采用前馈多层人工神经网络的方法来进行光纤陀螺温漂模型的辨识,并首次将Gauss-Newton全局优化算法应用在光纤陀螺温度漂移模型神经网络辨识器中。和改进BP算法相比,Gauss-Newton算法具有收敛速度快、网络训练精度高的优点。 3.基于四元数增量算法计算量最小的优越性,首先给出了四元数增量算法的姿态更新方法,然后提出了一种以四元数增量算法为基础的等效转动矢量算法,并在PC和浮点DSP运行环境下进行了静基座和动基座的仿真研究,分析研究了DSP的计算舍入误差对系统输出精度的影响。 4.研究了自适应卡尔曼滤波在捷联AHRS误差在线校正中的应用方法,给出了自适应卡尔曼滤波算法计算的递推方程,并在PC和浮点DSP两种运行环境下对静基座和动基座进行了闭环在线校正的仿真分析。仿真结果表明,采用自适应卡尔曼滤波可以在系统模型参数和噪声统计特性未知的情况下,对AHRS中三种振荡误差进行有效地校正,大幅度提高系统的输出精度。 5.采用特征值方法对捷联AHRS的可观测性和可观测度进行了分析。分析结果表明,姿态角具有较好的可观测性,这对于捷联AHRS来说,是很有利的。 6.研究了基于浮点DSP TMS320C32的光纤陀螺捷联航姿基准系统的设计方案。为了保证AHRS运行的实时性,系统采取了主从式多处理器硬件结构,零时间等待的接口电路。为了解决加速度计信号采集系统的动态问题,采用了瞬时浮点V/F转换的方法。为提高AHRS数据传输系统的可靠性,研究了差错控制技术在AHRS数据传输系统中的应用方法。