光纤罗经中嵌入式导航计算机系统的设计与实现

发布时间：2020-05-30 22:59

【摘要】：目前,船用惯导系统正处在重要的历史变革时期,开展船用高精度光纤罗经系统的相关技术研究,实现具有工程实用价值的导航计算机系统设计,具有重要的现实意义。随着导航技术的快速发展,对导航系统信息处理的核心——导航计算机提出了更高的要求,本文在分析国内外导航计算机研究现状的基础上,设计了基于DSP和FPGA导航计算机总体方案,利用DSP强大的数字运算处理能力来完成捷联惯导的导航解算,而FPGA主要负责信号的采集以及与上位机通信等工作。本课题选用Xilinx FPGA、TI高性能TMS320C6748 DSP以及惯性传感器(光纤陀螺、石英挠性加速度计),设计并实现了一种能够用于海上导航的光纤罗经系统。具体内容包括:(1)完成光纤罗经导航系统总体方案设计。针对导航计算机的处理能力、功耗、体积等要求,并根据实际工程的需求,本文以TMS320C6748型DSP和Spartan-6型FPGA为主器件,辅以外围芯片,设计了导航计算机系统的硬件电路平台。其中DSP专注于导航解算,FPGA完成数据采集,数据处理以及通信等功能。(2)根据搭建完成的硬件,完成导航计算机的软件设计。分别完成对陀螺、加速度计采样,完成对温度的采样。针对该导航计算机系统多路输入信号的特点,利用FPGA分别设计了不同的处理方式,并将处理后的数据通过数据总线传递给DSP进行导航解算,利用SYS/BIOS操作系统完成DSP的驱动设计以及二级BOOT设计。(3)光纤罗经系统的自对准算法分析。首先对罗经回路、罗经参数选择进行推导,然后完成了捷联光纤罗经对准的设计。(4)对光纤罗经导航计算机系统进行试验验证。首先对惯性测量单元进行误差补偿,然后通过三轴转台试验和海上航行试验验证系统的稳定性和可靠性。结果表明设计的基于FPGA和DSP的光纤罗经导航计算机平台性能良好,能够满足光纤陀螺罗经导航系统的高性能、低功耗的需求。经试验验证,光纤罗经静态航向对准精度≤0.06°,动态航向对准精度≤0.11°。
【图文】：

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第 1 章绪论、低功耗、小体积以及多通信接口等要求，从而使其不能适P 和单片机的导航计算机。基于 ARM 或 DSP 单一处理器的导简单，而且实现比较方便，但此类导航计算机不能满足导航度、低功耗以及多数据通信接口等方面不是十分理想。为适以“数字信号处理器+微控制器”结构的导航计算机开始出以 DSP 为核心处理器，主要负责导航解算，而单片机作为主要工作就是进行数据采集和与外设通信。声光技术研究所设计了一种基于 DSP 和 AVR 单片机的主从式SP 主要完成数据处理和导航算法的运算，AVR 单片机主要能，两种 CPU 各自充分发挥自己的特点，协同工作，出色，其组成框图图图 1.2 所示。该计算机所选用的 DSP 芯片是 T螺捷联制导系统，。

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第 2 章系统总体构成及计算机硬件设计了能够实时完成海上舰船的导航，本课题设计了一款稳定可靠的嵌入式导航计算现导航信息采集与解算，下面将详细介绍系统的总体构成和计算机硬件电路设计统总体构成课题所设计的光纤陀螺罗经系统主要由惯性传感器（3 只光纤陀螺和 3 只石英挠度计），主控嵌入式导航计算机、GPS 接收机、显控、对外接口及电源模块等组统结构如图 2.1 所示。螺采用实验室生产加工的光纤陀螺，加速度计采用的是北京航天时代的石英挠性计，其精度高、启动快、以电流形式输出、环境适应性好。GPS 接收机采用 Trimbl BD930 模块，其定位精度高。显控采用的是 Sperry Marine 公司 NAVIGAT 210经的显控。主控导航计算机主要由 FPGA 和 DSP 组成，数据采集系统由 FPGA感器数据的采集，高速度的 DSP 芯片主要负责导航滤波解算，，两者之间通过进行数据通信。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U666.12

【参考文献】