猴版对万户\玉免项目航电系统的展示
彩虹之巅2013/06/19喷气推进 IP:江苏
万户\玉兔项目从本人在科创注册帐号时就听说了,这么长时间下来,一直想一窥玉容,奈何此项目保密工作做的非常好。
一两年的时间内,陆续了解了项目中的一些东西,比如胡震宇同学的发动机、张子林同学的燃料,感觉做的都非常好,本人从他们的发帖中学到了不少有用的经验和知识。但玉兔项目的重头戏----航电系统,一直给我的感觉是尤抱琵琶半遮面,本人还一度误认为古人同学搞的那套系统是YT4的航电。不知道现在YT4航电系统的进展如何了?做过哪些地面试验?当初制定的技术指标是否达到?成本几何?如可以的话,能否来个系统的介绍?如果不方便公开,能否发张航电系统的图片给大家过过眼瘾?
+1  科创币    神の左手    2013/06/20 是胡振宇 。。。
来自:航空航天 / 喷气推进
25
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{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537157
我是万户3号航电系统负责人
按照总部要求,万户3号的航电系统,将会全部开源。
下周学校期末考试,资料整理暂停,待考试结束后再开源

导航系统先睹为快:
libins v0.01

attachment icon libins.tar.gz 188.96KB GZ 41次下载
Libins V0.01 API.png

HAL/ADIS16375 v1.0

attachment icon ADIS16375.tar.gz 6.76KB GZ 31次下载
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氢离子
10年11个月前 IP:未同步
537160
回 1楼(warmonkey) 的帖子
希望如此    。。。。
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彩虹之巅作者
10年11个月前 IP:未同步
537161
回 1楼(warmonkey) 的帖子
猴版您好,感谢您的回复同时期盼到时有详尽的介绍。
不知道今晚如果方便的话能否先发两张航电的图片给大家过过眼瘾?我想应该不会耽误多少时间的吧。
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warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537172
回 3楼(bolide) 的帖子
补上了一些源码
libins >=v0.2依赖定制平台,只有libins v0.1有能够在PC上测试的版本。

libins v0.1: 基本导航数学,姿态积分算法,速度积分算法
libins v0.2: 矢量与矩阵数学
libins v0.3: 梯度下降法姿态修正
libins v0.4: 扩展卡尔曼观测器(现有最新版本/cortex-m4)
libins v0.5: 带有外部加速度自适应的间接卡尔曼滤波器(开发中)

IMU测试板
IMG_20120522_215337.jpg

航电系统接口标准
  
attachment icon KCSA-自动化系统-CAN总线接口与协议.docx 30.93KB DOCX 40次下载
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彩虹之巅作者
10年11个月前 IP:未同步
537201
QQ截图20130619210806.jpg
这个是成品?怎么装箭?这东西成本估计要好几百块了吧。
可能是我不了解这套航电的详细内容及技术指标,说实话我见到古人的GNSS系统的第一感觉是震撼,今天见到猴版的作品的第一感觉也是震撼。
+1
科创币
warmonkey
2013-06-19
源码更加漂亮,图上的板子是第一次的测试板,这块板子造价7500
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warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537210
回 5楼(bolide) 的帖子
Modules.jpg
航电全家福


新的惯导单元板
https://www.kechuang.org/t/53627
KCNAV2A_norack.jpg
将惯导单元固定在单摆上进行实验
swinging.jpeg
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彩虹之巅作者
10年11个月前 IP:未同步
537214
回 6楼(warmonkey) 的帖子
的确都是些高级货色,不知有没有总装好的图?
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1027lone
10年11个月前 IP:未同步
537219
只认识一个有源螺旋天线,帮顶啦,很大的工程。。[s:274]
+1
科创币
warmonkey
2013-06-19
sarantel螺旋天线,配合Ublox 5 GPS,淘宝500一套
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模型爱好者
10年11个月前 IP:未同步
537226
的确是大工程
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warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537230
其实这个东西的开发,是比较失败的。novakon在接管项目的时候,曾经吐槽过造价高的问题,以现在的眼光看,确实不用这么贵,可能3k左右就能做出来能用的,虽然精度差一些,但也能满足大火箭的需要。
万户3的整个电子系统,是按照能够飞行到12km高度,起飞加速度15g,着陆后信标能工作5小时设计的,再加上需求不断修改,导致系统庞大、复杂。
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rygal
10年11个月前 IP:未同步
537241
这才是工程级别的项目啊!这是一个团队还是公司设计出来的吧?这能力财力才是我们这些吊死望而生畏的存在!KCSA……
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warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537313
12年6月:航电技术指标


1.主惯导

GPS/SINS组合导航

硬件指标

角速度             +-300deg/s
角速度分辨率         0.1mdeg/s
线加速度影响        +-0.013deg/s/g
角速度刷新率        900Hz
姿态角             YAW +-180deg PITCH +-90deg ROLL +-180deg
姿态角误差         0.5deg RMS
陀螺仪偏置稳定性    1sigma 12deg/h
四元数输出        单精度浮点
姿态刷新率        300Hz

加速度             +-18g
加速度分辨率         0.01mg
加速度非线性         最大0.5%量程
加速度刷新率        900Hz
加速度计运行中零点漂移    1sigma 0.13mg
加速度计初始零点
速度范围        0-11km/s
速度分辨率        0.002m/s
定位范围        全球任意经纬度,内置WGS-84坐标系模型
定位精度        200m/3min 艾伦方差(GPS关闭,纯惯导模式)
            10m CEP(GPS打开,高度限制到18000m,速度515m/s)
定位信息刷新率        100Hz

内部GPS刷新率        10Hz
内部GPS波段        L1 16通道

地磁传感器量程        +-0.08T
地磁传感器分辨率    0.5uT
地磁姿态角精度        0.5deg
地磁场模型        IGRF2010(有效期5年,过期建议进行更新)

初始对准位置误差        10m(自主定位)
            0.5m(输入GPS差分站数据)
初始对准角度误差    0.02deg pitch roll, 0.5deg yaw

启动时间         10秒 包括自检,GPS关闭
            40秒 包括自检,GPS打开
电源             8-24V 400mA 2冗余 自动切换
工作温度         -40~+85C (传感器已经补偿)
通信接口        双路CANbus,协议默认遵循CANAerospace,可自定义
外形尺寸        圆柱体直径103mm,高度25mm,重量70g

软件设计:
三子样四元数算法,圆锥运动与划船效应补偿
IGRF模型允许用户选择使用地磁场和IGRF2010模型,确定载体姿态角
EKF融合 陀螺姿态角、加速度姿态角、磁航向角、GPS位置、GPS速度、GPS航向角,
输出修正后的载体运动参数,并且动态辨识传感器误差
同时输出GPS数据,纯惯导SINS数据与融和后数据,避免单一传感器失效导致融和结果错误。
内置软磁/硬磁校正模型,加速度计静态校正模型,可在没有转台的情况下,由用户自行完成校正。
高性能32位浮点DSP,配合RTOS,允许外挂用户程序,实现自定义功能


2. 气象探测

静压管2只 全量程全温区绝对精度+-150Pa      分辨率10Pa  量程1kPa-120kPa 刷新率50Hz
总压管1只 全量程全温区绝对精度-4kPa~+10kPa 分辨率120Pa 量程1kPa-1.4MPa 刷新率50Hz
热电偶温度计2只,测量总温与舱外温度  -40~+800C  精度1C  分辨率0.25C    刷新率2Hz
NTC电阻,测量舱内温度与舱外温度 -55~+125C       精度1C  分辨率0.25C    刷新率1Hz
湿度计    量程0-100% RH  精度+-1%  刷新率0.5Hz
照度计      0.1-10000Lux    分辨率5Lux   刷新率20Hz

可计算 海拔高度         -100~20km 分辨率1m
       空速TAS(True Airspeed)    0-800m/s  分辨率1m/s
所有传感器均有故障自检软件,可以通过测量数据判断失效的传感器并隔离

电源             8-24V 80mA 2冗余 自动切换
工作温度         -40~+85C (传感器已经补偿)
通信接口        双路CANbus,协议默认遵循CANAerospace,可自定义
外形尺寸        圆柱体直径103mm,高度10mm,重量100g


3. 电源管理器

全固态设计  可用于24V以下电源
8模拟量输入  12bit分辨率
8数字量输入
2路强下拉输出     10A容量
4路推挽输出    1.5A容量
4路外设电源开关     20A容量

单片机由3V独立电池供电,可无线唤醒,并遥控开启全箭电源

电源             待机电源 3V 20uA (待机) 2mA (工作) 20mA (主电源断开)
            主电源 8-24V 80mA 2冗余 自动切换
工作温度         -40~+85C
通信接口        双路CANbus,协议默认遵循CANAerospace,可自定义
外形尺寸        圆柱体直径103mm,高度10mm,重量3g


4. VHF数传电台

220MHz,10W发射功率
数据速率19200bps
全铝壳抗振设计
数字式带纠错Modem

电源             12V 2A (发射) 100mA(接收)
工作温度         -40~+85C (传感器已经补偿)
通信接口        RS232
外形尺寸        12*8*3cm 重量300g


5. 扩频数传电台

发射机
1300MHz,2W发射功率
数据速率100kbps,射频带宽10M

电源             8-16V 1A 2冗余 自动切换
工作温度         -40~+85C
通信接口        双路CANbus,协议默认遵循CANAerospace,可自定义
外形尺寸        15*8*3cm 重量200g

接收机
下变频器使用R&S ESV接收机,中频ADC为14bit/50M,送入FPGA完成解扩计算。
数据通过PCIe x4传输至PC机,辅助FPGA完成同步工作。


6. 备用惯导单元

角速度量程    +-500deg/s
加速度量程    +-16g
地磁分辨率      0.5uT
四元数输出    有
陀螺偏置稳定性    1sigma 500deg/hr
动态精度    2.0deg RMS

此惯导单元通过测量pitch角判断开伞条件,作为其他测量器件失效时的备用方案。
算法采用梯度下降法,将陀螺姿态角与融合磁/加速度姿态角融合,并排除载体振动干扰
该模块也参与到故障自检程序中。

电源             8-24V 30mA 2冗余 自动切换
工作温度         -40~+85C
通信接口        双路CANbus,协议默认遵循CANAerospace,可自定义
外形尺寸        圆柱体直径103mm,高度15mm,重量20g


备注:
航电舱采用堆叠结构,所有模块均挂接在2条电源总线和2条CAN数据总线上,所有测量数据均上传到总线
使用汽车接插件与耐高温导线保证总线可靠性。
在每个模块中,元器件全部采用汽车级产品,关键器件为航空级。
可以长时间在-20~+70C的环境下工作,短时间能耐受85度高温或者-40C低温
已经考虑多个模块失效的情况,任何1个模块失效,都不会影响到火箭的回收。
每个模块均备有自己的数据记录单元,箭上也有单独的数据记录单元,并且测量数据均实时回传到地面。


IMG_20130319_113823.png
+100
科创币
novakon
2013-06-20
非常详细,极好
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zw1235
10年11个月前 IP:未同步
537331
小建议: 即使是数吨乃至数十吨的载人飞船和运载火箭,其对每个部件的重量都非常苛刻(当然保证可靠是前提)
从图片上来看,这些航电模块没有在这方面下太多功夫,
像黄铜定距管,接线端子,甚至拨码开关.........都用的极其普通的,小型化,轻量化一些,根本不会提高几块钱成本
地上跑的,水里游的,可以不太考虑重量,但是天上飞的东西,每一克份量都很宝贵!
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海狼
10年11个月前 IP:未同步
537351
[s:333]    电路板画的挺漂亮啊    估计单是画电路板就要花费不少时间吧
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.........
10年11个月前 IP:未同步
537354
libins是Linux下编译的Win工程?
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warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537358
如何运算、如何控制,都是小问题。最大的麻烦在于整体的方案,到底用什么器件,配合什么算法?误差如何?算一下自己先会吓一跳。

举例:万户3的GPS/SINS导航系统,使用的IMU为ADIS16375,售价7k RMB。内部陀螺仪1sigma零漂12deg/h ,3sigma就是0.6deg/min,也就是说,2-3分钟就能产生1度的姿态角误差。
万户3升空时的加速度约15g,时间5秒,陀螺仪在校正后,仍然会受到加速度影响,大约是0.013deg/s/g。这又产生了1度的误差。这样的误差传播到导航定位上,实际只能达到200m/3min(艾伦方差)的定位精度。
这还是保守估算。实际中因为引入了GPS/加速度地平仪/陀螺寻北/气压高度计的修正数据,并且应用了较多的智能算法,误差传播的情况会变得极其复杂,甚至无法计算系统误差,只能用数值仿真来确定。
这就需要做大量的仿真和实验,才能确定方案是否合适。实际上我们在2月到6月,都一直在做这些工作。
中途由于总体设计方案的修改,电子系统的方案也进行过一次大的修改,一次直到6月底才基本完成。

ADXRS623 售价 200RMB+ 零漂指标没有给出,加速度影响因子没有给出,没有温度补偿(估计零漂在500deg/h左右)。
L3G4200D这种消费级低成本陀螺仪,每只大约在20-30RMB,指标多少就不好说了。
MPU6050陀螺仪零位温漂超过1deg/s/`C,温度稍有变化就坑爹。
反正导航类产品一分钱一分货,2倍价钱真的就是一半误差,一点也不会错的。


姿态开伞要做到可靠,测角误差应当控制在10度以内。万户3号升到最高点,最多需要50秒,也就是说,允许误差最多为0.2度/秒,这个指标十分苛刻。

万户3火箭设计的时候,整个项目的赞助款是10w RMB整,航电部分预算5w。目前航电总花费(包括黄湛钧未完成的遥测系统)一共33825.06元
如果到最后,为了省掉7000块,把10w块的火箭弄丢了,是谁也不愿以看到的,而我到时候也要负担相应的责任。



Screenshot from 2013-06-18 09:26:32.png
Screenshot from 2013-06-18 09:26:15.png
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光谱
10年11个月前 IP:未同步
537368
做的漂亮啊!这才是真正的火箭啊。
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焓熵`
10年11个月前 IP:未同步
537373
我希望最终装在YT4上的航电,不要是这样的

1.jpg

请Warmonkey同志慎重解决飞线问题
+1
科创币
喵小酱
2013-06-21
我只看到一坨电线。。。。
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novakon
10年11个月前 IP:未同步
537408
引用第18楼焓熵`于2013-06-20 00:52发表的  :

我希望最终装在YT4上的航电,不要是这样的

1.jpg

.......


这不叫飞线
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海狼
10年11个月前 IP:未同步
537458
回 19楼(novakon) 的帖子
在不增加重量的前提下 尽量用板间连接器吧
+10
科创币
warmonkey
2013-06-20
十分有道理。受限于技术条件,原来没有使用。以后一定采纳。
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彩虹之巅作者
10年11个月前 IP:未同步
537477
QQ截图20130620114615.jpg
红圈中的接插头在成品航电中建议最好不用,有脱落的可能性存在。
+1
科创币
warmonkey
2013-06-20
那是调试接口,发射时不用连接。可以看到,远端导线是悬空的
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warmonkey
10年11个月前 IP:未同步
537495
回 20楼(海狼) 的帖子
现在的连接器,使用的是SM-4P连接器,单根插针分离力>4N,双面接触,有锁扣。引线为AWG22,载流量800mA。这种端子已经大量用于汽车电路中,可靠性满足此次任务的需要。
之前仅采购到一种满足要求的连接器,这是不得已而为之。以后一定会采纳您的意见,更换更小更轻的连接器,同时保证可靠性不降低。
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kc地毯清洁员
10年11个月前 IP:未同步
537515
回 22楼(warmonkey) 的帖子
这么多线  干扰会不会很大    建议做一下屏蔽

关于找箭   降落伞颜色和火箭的涂装比较重要   荧光、反光、橙色、最好加上led闪烁方便夜间寻找
+1
科创币
delete
2013-06-20
有些时候低技术措施往往能很好的解决一些实际问题,比如F-14机鼻上的一根小绳子,那是个非常实用的偏航指示器
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10年11个月前 IP:未同步
537699
很专业 很强大 就是时间跨度有点长[s:274]
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qharryq
10年11个月前 IP:未同步
538890
纯膜拜猴子哥航电!
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