【摘 要】
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导航计算机作为惯性导航设备的数据处理和运算核心,在整个惯性导航系统中起着非常重要的作用。随着惯性导航理论和相关技术的成熟和发展,同时随着半导体芯片技术的迅猛发展,导航计算机不仅要求能够高速实时的接收和处理各种导航信息,还对系统的精度、体积、功耗、环境适应性等均提出了高要求。针对上述需求和车载定位定向的应用环境,本文提出了基于FPGA和DSP双CPU架构的导航计算机系统的设计和实现,主要内容有:(1
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导航计算机作为惯性导航设备的数据处理和运算核心,在整个惯性导航系统中起着非常重要的作用。随着惯性导航理论和相关技术的成熟和发展,同时随着半导体芯片技术的迅猛发展,导航计算机不仅要求能够高速实时的接收和处理各种导航信息,还对系统的精度、体积、功耗、环境适应性等均提出了高要求。针对上述需求和车载定位定向的应用环境,本文提出了基于FPGA和DSP双CPU架构的导航计算机系统的设计和实现,主要内容有:(1)对比分析惯性导航系统导航计算机研究发展现状,得出导航计算机硬件平台的研究方向、研究成果和需要改进的地方,确定本文主要解决的问题是:设计基于FPGA和DSP双CPU架构的高速导航计算机硬件平台,并优化平台的体积、功耗和通用性;(2)对捷联惯导系统的原理进行研究分析,确定组合定位定向系统的框架,并进一步分析本导航计算机的功能需求和性能需求,针对需求分析,得出本设计的总体框架,并对核心处理芯片进行选型分析;(3)分别详细介绍了本导航计算机系统的硬件平台设计和相关的驱动软件设计,主要包括FPGA和DSP最小系统设计、电源模块设计、存储模块设计、通信模块设计等,分别对个模块的设计思想和设计结果进行了分析介绍;(4)对本系统中的IMU进行误差标定补偿,并对加速度计数据采集电路的输出温度特性进行了研究和补偿,采用基于零偏和刻度系数温度补偿的方法,减小了采集电路的温度漂移误差。经验证,采集电路的零偏误差减小了两个量级,最大减小了96.3%,最小减小了88.7%;刻度系数误差减小了一个量级,最大减小了99.7%,最小减小了97%。补偿验证结果表明,该方法很好的补偿了加速度计采集电路的输出温度零偏误差和刻度系数误差,具有模型简单、操作方便、补偿效果较好的优点,具有一定的工程应用价值;(5)根据导航计算机软硬件的设计,完成导航计算机硬件平台的实现,并进行综合测试。测试结果表明,主板尺寸为84mm×67mm,实现了小型化设计;功耗小于1W,满足低功耗设计的需求;长时工作性能稳定,数据采集精度高,达到了设计要求。
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