SINS/GPS组合导航双DSP硬件平台的设计研究

发布时间：2020-12-21 07:34

　　基于光纤陀螺的SINS/GPS组合导航系统作为导航领域新的发展方向，它不仅拥有光纤陀螺的全固态，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单等特点，而且通过与GPS结合构成组合导航系统克服了惯导系统固有的长期稳定性差的问题，具有非常广泛的应用前景。与此同时，其卓越的性能也使该系统对硬件平台有较高的要求：1、高精度，系统算法中为保证精度数据类型主要为双精度浮点数；2、速度快，系统中捷联解算与卡尔曼滤波都属于复杂算法，执行起来耗资费时；3、体积小，光纤环为1000m的光纤陀螺捷联惯导系统仅为15cm的正方体，硬件平台需嵌入其中；4、功耗低，硬件功耗产生的热量对光纤陀螺性能将造成较大影响，所以设计出一款符合以上要求的硬件平台对于组合导航系统至关重要。本文综合考虑了组合导航系统对硬件平台性能的各项要求，设计了以双DSP+FPGA为核心的硬件平台，成功实现了导航系统硬件平台的各种功能。文中采用了两块高性能DSP为运算处理核心，辅以FPGA作为前端元件，实现数据采集的功能，为DSP扩展串口资源。两块DSP分别承担了捷联惯导解算与组合卡尔曼滤波的功能，两者通过同步串口通信达到协调工作。论文的内容包括了组合... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

捷联惯导系统原理图

从中提取导航信息[13][14]。捷联惯导系统结构原理如图 2.1 所示：图 2.1 捷联惯导系统原理图2.2.2 捷联惯导系统算法模型捷联惯导算法是根据光纤陀螺仪与加速度计所敏感到的原始信息进行姿态速度计算、四元数即使修正、归一化处理等一系列计算得到载体姿态、航向、位置和速度等导航信息。捷联惯导算法模型如下图 2.2 所示图 2.2 捷联惯导算法模型

本系统中卡尔曼滤波器选用间接法，滤波器接收捷联惯性导航系统和 GPS 卫星导航系统对同一导航参数输出值的差值，经过滤波算法计算得出各子系统误差值。用计算得到的惯导系统误差估计值去校正惯性导航系统解算出的结果，或用此误差估计值校正惯导系统力学编排中的相应导航参数以反馈到惯导系统内部[18]。由于本论文重点在于硬件平台设计，介绍此部分内容是为了更好阐述系统对硬件的需求，所以这里不给出详细的卡尔曼滤波算法公式。在本导航系统中，DSP_B 负责执行卡尔曼滤波，完成系统的组合功能，DSP_A 将惯导的导航解算数据通过串口发送出来，DSP_B 接受到惯导参数和 GPS 参数后，经滤波处理得到惯导系统误差的估计值，再通过同步串口传回 DPS_A，对惯导系统进行校正。考虑到 GPS 数据更新率为 10Hz，而惯导的数据输出频率为 GPS 的 10 倍以上(根据程序优化而定)，两者相差较大，DSP 接收两者信号无法实现同步，因此利用 GPS 位置信号和速度观信号非同步更新的特点分别与惯导数据进行组合，所以组合滤波程序中设计了两个卡尔曼滤波器，滤波器 1 负责惯导位置误差估计，滤波器 2 负责惯导速度误差估计。组合导航系统反馈校正原理如图 2.3 所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]石英数字加速度计的系统性设计[J]. 苏中,吕级三,李擎.  导弹与航天运载技术. 2008(02)
[2]GPS/SINS组合导航系统混合校正卡尔曼滤波方法[J]. 林敏敏,房建成,高国江.  中国惯性技术学报. 2003(03)
[3]展望FOG在舰艇导航中的应用[J]. 万德钧.  中国惯性技术学报. 2002(01)
[4]24位模数转换器ADS1210/11原理及应用[J]. 何非,修吉平,魏华胜.  电子技术应用. 1999(01)
[5]光纤陀螺的发展与应用前景[J]. 谭显裕.  光纤与电缆及其应用技术. 1997(04)
[6]光纤陀螺的发展及应用[J]. 张锦林.  技术经济信息. 1992(02)

硕士论文
[1]基于DSP的光纤陀螺捷联惯导系统关键技术研究[D]. 梁辉.哈尔滨工程大学 2006
[2]光纤陀螺捷联惯导系统硬件电路研究[D]. 谭志刚.哈尔滨工程大学 2005
[3]基于DSP的SINS/GPS组合导航系统设计[D]. 铁海峰.南京理工大学 2004
[4]捷联惯导及其组合导航研究[D]. 赵林.南京理工大学 2002



本文编号：2929460