惯性导航系统显控软件设计与数据传输安全性研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinzhg01
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光纤陀螺仪以其工艺简单、寿命长、启动速度快、精度高的优点,成为捷联惯性导航系统中最具吸引力的研究对象之一。在以光纤陀螺仪为核心的光纤陀螺捷联惯性导航系统的研制中,除对于器件本身以及导航算法的研究外,对于系统数据的精确采集以及进行必要显示控制也尤为重要。本文结合实验室自研光纤陀螺捷联惯导系统显控软件的背景,在分析了软件需求的基础上,给出了一种实现方案。其使用改进AES算法保证惯导系统数据传输安全性,并具备对陀螺仪温度补偿、对加速度计内杆臂标定的功能。通过相应的测试证明了此方案的有效性,实现了预定的设计目标。本文阐述了国内外惯性导航系统和数据加密标准的发展概况,并对显控软件的需求进行了细致的分析。首先是对显控软件自身的功能进行需求分析,包括系统初始参数设置的需求分析、惯性器件温度误差补偿参数设置的需求分析、对杆臂补偿参数设置的需求分析;然后对显控软件的外部传感器接口进行需求分析,最后对导航数据的安全性传输进行需求分析,并设计了采用改进AES算法对数据进行加密的总体方案。然后研究了AES算法的实现原理及其安全性,通过分析其中的不足,对其S盒以及轮变换步骤进行改进,设计出一种新型S盒替换方案和优化轮变换实现过程的改进方案,接着对显控软件的多线程数据通信模块以及改进AES加密算法的数据处理模块进行设计,通过实验验证了数据传输的安全性和实时性得到了提高。本文接着对显控软件进行详细的设计,首先是对显控软件人机交互界面进行设计,包括人机交互界面的总体结构,窗口会话模块设计,绘图与刷新模块设计和控制模块设计;然后对温度补偿方案和加速度计内杆臂标定方案进行分析,并分别利用卡尔曼滤波和最小二乘法完成软件设计。最后对显控软件的功能进行测试分析。首先选择测试平台,将显控软件和下位机进行连接并给出具体的实物图;然后对显控软件的功能进行实际测试,包括主控界面功能测试,启动命令功能测试,下位机参数设置功能测试,软件绘图功能测试;接着对显控软件的改进AES加密功能进行测试。测试完毕并且给出测试结果,证明了显控软件数据传输的安全性;最后对温度补偿模块和杆臂标定模块进行测试分析,证明了该项功能的有效性。所有功能测试完毕最终证明显控软件的可用性,满足需求。
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