基于DSP/FPGA的组合导航系统研究与实现
发布时间：2023-02-26 10:27
由于科学技术的高速发展,航行器对导航要求越来越高,单一的形式的导航系统已经很难满足导航的要求。组合导航系统就是通过特定的方法将两种或者两种以上的导航方式组合起来使用,使他们优势互补以获得更好的导航性能。这样的导航方式已经成为导航领域主要的发展方向。本文将捷联惯导系统(SINS)和全球定位系统(GPS)组合起来,通过位置、速度组合方式和卡尔曼滤波算法完成组合导航系统的信息融合,得到高精度的导航信息。并提出基于DSP和FPGA的组合导航计算机设计方案来完成导航的解算和信息输出。本文先对SINS和GPS两种导航方式进行分析,确定两者的组合方式采用速度、位置的组合,给出卡尔曼滤波算法的系统量测方程和状态方程。论文根据SINS/GPS组合导航系统的要求,提出基于DSP/FPGA的组合导航计算机硬件平台的总体设计方案。方案中用Altera公司的EP3C10E144A7型FPGA芯片完成导航信号的数据采集,数据缓冲以及外围扩展模块的通信;用TI公司的TMS320C6726型芯片作为处理器完成捷联算法的解算和卡尔曼滤波。这样安排能够充分发挥DSP的运算能力,提高数据处理效率。本文着重研究了 DSP/F...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 发展现状
1.2.1 组合导航系统的发展现状
1.2.2 导航算法的发展现状
1.2.3 导航计算机的发展现状
1.3 论文的主要内容
第2章 SINS/GPS组合导航系统的基本原理
2.1 常用导航坐标系
2.2 捷联惯导系统的基本原理及算法
2.2.1 捷联惯导系统的数学平台
2.2.2 捷联惯导系统的计算模型
2.2.3 捷联算法
2.3 GPS全球定位系统
2.3.1 GPS定位的基本原理
2.3.2 GPS定位的误差分析
2.4 SINS/GPS组合导航系统
2.5 组合导航系统卡尔曼滤波算法
2.5.1 离散卡尔曼滤波方程
2.5.2 组合导航系统的状态方程
2.5.3 组合导航系统的量测方程
2.6 本章小结
第3章 SINS/GPS导航计算机的硬件设计
3.1 硬件电路总体设计
3.2 光纤陀螺仪
3.3 FPGA硬件电路设计
3.3.1 FPGA芯片选择
3.3.2 FPGA软核设计
3.3.3 FPGA外围电路的设计
3.4 DSP硬件电路的设计
3.4.1 DSP芯片的选择
3.4.2 DSP外围电路设计
3.5 信号采集模块的设计
3.5.1 光纤陀螺数据的采集
3.5.2 加速度计数据的采集
3.5.3 温度数据的采集
3.5.4 GPS数据
3.6 本章小结
第4章 SINS/GPS导航计算机的软件设计及系统仿真
4.1 导航系统软件的总体设计
4.2 陀螺的数据采集软件设计
4.3 加速度计的数据采集软件设计
4.4 FPGA内建双口RAM程序设计
4.5 系统仿真
4.5.1 IMU数据发生器设计
4.5.1.1 角速度计算算法
4.5.1.2 加速度计算算法
4.5.1.3 常见运动状态
4.5.2 捷联算法仿真
4.5.2.1 静态仿真
4.5.2.2 摇摆状态仿真
4.5.3 罗经对准仿真
4.5.4 逆向导航罗经对准
4.5.4.1 逆向导航算法
4.5.4.2 逆向导航罗经对准算法
4.5.4.3 逆向导航罗经对准仿真
4.5.5 组合导航仿真
4.5.5.1 位置组合仿真
4.5.5.2 速度组合仿真
4.6 本章小结
第5章 导航系统实验及结果分析
5.1 标定试验
5.1.1 加速度计标定
5.1.2 陀螺标定
5.2 静态试验
5.3 转台摇摆试验
5.4 车载组合导航试验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
本文编号：3750355
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 发展现状
1.2.1 组合导航系统的发展现状
1.2.2 导航算法的发展现状
1.2.3 导航计算机的发展现状
1.3 论文的主要内容
第2章 SINS/GPS组合导航系统的基本原理
2.1 常用导航坐标系
2.2 捷联惯导系统的基本原理及算法
2.2.1 捷联惯导系统的数学平台
2.2.2 捷联惯导系统的计算模型
2.2.3 捷联算法
2.3 GPS全球定位系统
2.3.1 GPS定位的基本原理
2.3.2 GPS定位的误差分析
2.4 SINS/GPS组合导航系统
2.5 组合导航系统卡尔曼滤波算法
2.5.1 离散卡尔曼滤波方程
2.5.2 组合导航系统的状态方程
2.5.3 组合导航系统的量测方程
2.6 本章小结
第3章 SINS/GPS导航计算机的硬件设计
3.1 硬件电路总体设计
3.2 光纤陀螺仪
3.3 FPGA硬件电路设计
3.3.1 FPGA芯片选择
3.3.2 FPGA软核设计
3.3.3 FPGA外围电路的设计
3.4 DSP硬件电路的设计
3.4.1 DSP芯片的选择
3.4.2 DSP外围电路设计
3.5 信号采集模块的设计
3.5.1 光纤陀螺数据的采集
3.5.2 加速度计数据的采集
3.5.3 温度数据的采集
3.5.4 GPS数据
3.6 本章小结
第4章 SINS/GPS导航计算机的软件设计及系统仿真
4.1 导航系统软件的总体设计
4.2 陀螺的数据采集软件设计
4.3 加速度计的数据采集软件设计
4.4 FPGA内建双口RAM程序设计
4.5 系统仿真
4.5.1 IMU数据发生器设计
4.5.1.1 角速度计算算法
4.5.1.2 加速度计算算法
4.5.1.3 常见运动状态
4.5.2 捷联算法仿真
4.5.2.1 静态仿真
4.5.2.2 摇摆状态仿真
4.5.3 罗经对准仿真
4.5.4 逆向导航罗经对准
4.5.4.1 逆向导航算法
4.5.4.2 逆向导航罗经对准算法
4.5.4.3 逆向导航罗经对准仿真
4.5.5 组合导航仿真
4.5.5.1 位置组合仿真
4.5.5.2 速度组合仿真
4.6 本章小结
第5章 导航系统实验及结果分析
5.1 标定试验
5.1.1 加速度计标定
5.1.2 陀螺标定
5.2 静态试验
5.3 转台摇摆试验
5.4 车载组合导航试验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
本文编号：3750355
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3750355.html
