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文檔簡介
1、慣導系統(tǒng)中的捷聯慣性導航系統(tǒng)以自身低成本、高可靠性和低功耗等特點正在諸多領域取代平臺系統(tǒng),現已成為慣性導航系統(tǒng)的一大發(fā)展方向,然而傳統(tǒng)的捷聯慣導系統(tǒng)雖然精度高,但是成本和功耗也很高,難于在民用領域推廣,而民用領域對低成本、低功耗的捷聯導航系統(tǒng)需求越來越大。為適應微小型捷聯導航系統(tǒng)對導航性能的需求,推動基于FPGA的SOPC技術在民用導航領域的工程應用,本文采用主從式結構,設計出一種基于單片機和可編程邏輯陣列器件(FPGA)的導航計算機系
2、統(tǒng),滿足了整體系統(tǒng)體積小、功耗低、實時性強等特點。
本課題重點研究了捷聯導航系統(tǒng)的硬件的實現,采用MEMS慣性傳感器作為捷聯導航系統(tǒng)的核心敏感器件,根據MEMS慣性器件測量的原始數據,結合捷聯導航系統(tǒng)的具體要求,設計數據采集電路及后續(xù)的導航解算硬件模塊,并在此基礎上重點研究了雙CPU間通信的方法。
論文所做的主要工作:
1.首先,本文闡述了慣性導航等與課題相關的背景知識,接著進一步介紹了捷聯式慣性導航系統(tǒng)的
3、基本原理,緊跟著概述了MEMS慣性敏感器件的發(fā)展概況,然后說明了導航計算機技術的發(fā)展過程,最后論述了課題研究的意義及論文的主要工作。
2.介紹了在捷聯慣導系統(tǒng)中的核心處理器——導航計算機,其主要任務有:
一,采集陀螺儀、加速度計、GPS等傳感器信號;
二,進行導航解算與數據更新;
三,輸出各類導航信息到控制及顯示模塊。
然后主要論述捷聯導航系統(tǒng)的基本知識及工作原理,例如一部分地球參數,六
4、種常用坐標系,坐標轉換,慣導系統(tǒng)的基本方程,載體的姿態(tài)方程等。本次課題中沒有涉及到GPS模塊,重點是對捷聯導航進行介紹和分析。
3.接下來本文給出了捷聯導航系統(tǒng)的總體設計方案。導航計算機應該保證有足夠的精度和運算速度,因此可知導航計算機不僅要有較好的運算能力,還應具備較好的控制能力。首先FPGA在片內硬件實現了某些算法,使得并行處理數據能力大幅提高。因而在系統(tǒng)的實時性和運算能力上得到了很好的改善,本文正是基于這種思想,提出了基
5、于單片機和FPGA組合的導航計算機設計方案。然后本文闡述了捷聯慣導系統(tǒng)的總體規(guī)劃,緊接著詳細給出了MEMS慣性器件的誤差模型和一些主要的性能指標,最后介紹了實現捷聯慣導計算機的FPGA技術和SOPC技術,例如硬件描述語言,Quartus和Nios軟件基礎以及SOPC整個的開發(fā)流程。
4.介紹了基于單片機和FPGA的捷聯導航系統(tǒng)硬件電路設計。在導航計算機芯片選擇方面采用的是Altera公司的Cyclone系列芯片和STC51單片
6、機;對于數據采集模塊,采用的是I2C模式;然后詳細闡述了導航計算機硬件平臺電源電路和存儲電路,接著講述了FPGA外圍的具體電路,比如AS模式和JTAG模式的配置,復位與時鐘電路的,FPGA與上位機通信電路等;最后重點分析單片機和FPGA之間的接口電路,利用Verilog HDL語言實現單片機和FPGA的并行接口,并進行了驗證,取得了良好的傳輸效果。
5.捷聯導航計算機的軟件設計部分。此次導航計算機的軟件開發(fā)環(huán)境分為keil公司
7、的uVision和Altera公司的Nios II IDE環(huán)境。其次在分析系統(tǒng)的功能要求之后,得出捷聯導航系統(tǒng)主程序設計完成的任務有:讀取MEMS陀螺和加速度計的數據,導航數據的解算,與外界設備的通信等;然后具體介紹了數據采集模塊和導航解算模塊軟件設計內容,最后主要講述了FPGA和單片機并行通信單片機方面的軟件開發(fā)過程。
6.系統(tǒng)驗證調試與結果分析部分。由于本系統(tǒng)結構較為復雜,涉及到較多的模塊,因而必須對其進行硬件測試和軟件測
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