基于SOPC的微小型組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、組合導(dǎo)航系統(tǒng)能充分發(fā)揮各子導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),并彌補(bǔ)其不足,成為導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的方向之一。目前,隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展,以MEMS慣性元件為核心,輔以GPS和EC的微小型組合導(dǎo)航系統(tǒng)又成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。其中,導(dǎo)航計(jì)算機(jī)是組合導(dǎo)航系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,它始終朝著小體積、低功耗、高性能的方向發(fā)展,對(duì)構(gòu)建高精度、高可靠性的組合導(dǎo)航系統(tǒng)有重大意義。因此,本文以車(chē)載組合導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用為背景,依據(jù)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì),設(shè)計(jì)了基于SOPC的微小型組合導(dǎo)航計(jì)

2、算機(jī)系統(tǒng)。
　　 首先,分析了微捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、GPS和EC單獨(dú)導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)和不足,研究了捷聯(lián)慣導(dǎo)、聯(lián)邦卡爾曼濾波器等基本理論,給出了MSINS/GPS/EC組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合方式和濾波方案,闡述了Altera公司SOPC的工作原理、技術(shù)手段和操作流程,給出了基于SOPC的微小型組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的軟硬件總體框架。
　　 其次,依據(jù)微小型組合導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的需求,設(shè)計(jì)了基于CycloneⅢ系列芯片EP3C40Q240最小系

3、統(tǒng)板的電源電路、配置電路和外部RAM電路,滿(mǎn)足了系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)接口豐富、體積小、性能高的要求。完成了MIMU、GPS和EC單元電路的設(shè)計(jì)和器件選型,其電路都采用模塊化設(shè)計(jì),通過(guò)接口板進(jìn)行連接,同時(shí)為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在接口板上設(shè)計(jì)了兩套獨(dú)立的電源。
　　 充分研究了雙NiosⅡ處理器的啟動(dòng)方法和通信方式,并進(jìn)行了驗(yàn)證和對(duì)比,成功的實(shí)現(xiàn)了雙NiosⅡ處理器系統(tǒng),構(gòu)建了片上分布式導(dǎo)航計(jì)算機(jī),雙處理器分工協(xié)作,提高了系統(tǒng)的控制能力和

4、數(shù)據(jù)處理能力。為提高導(dǎo)航算法中三角函數(shù)的執(zhí)行速度,研究了Cordic算法的基本原理,實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的32位流水線結(jié)構(gòu)的Cordic算法,將求解三角函數(shù)的效率提高了200倍,縮短了導(dǎo)航算法的執(zhí)行周期,提高了導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)性。
　　 最后,在uc/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)提供的任務(wù)規(guī)劃和管理平臺(tái)上,依據(jù)導(dǎo)航算法的基本原理,實(shí)現(xiàn)了各子傳感器數(shù)據(jù)采集、多點(diǎn)測(cè)量求解航向角、GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和捷聯(lián)解算等導(dǎo)航算法,給出了各子導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模