基于FPGA和DSP的组合导航系统研究

发布时间：2017-10-10 23:30

  本文关键词：基于FPGA和DSP的组合导航系统研究

  更多相关文章： 组合导航 UKF 渐消因子 FPGA/DSP SINS/GPS/地磁

【摘要】：随着军用技术和现代工业技术发展,航天、航海和车辆导航对导航精度的要求要来越高。本文主要分析了地磁辅助下的捷联惯性导航系统(SINS)和全球定位系统(GPS)的组合导航,该组合导航系统采用改进的卡尔曼滤波算法完成对组合导航信息的融合,以得到高精度的导航信息。首先,本文分别对捷联惯性导航系统和GPS定位系统进行了分析,并确定本系统采用速度、位置的组合方式。在GPS信号失锁时,用地磁来辅助导航以提高导航的精度,并推导出了地磁辅助下的SINS和GPS组合导航系统的状态方程和观测方程。本文采用带渐消矩阵的UKF滤波算法来减小对陈旧信息的依赖程度,由仿真结果表明该算法在导航数据融合方面明显降低了模型误差,提到了组合导航精度。其次,本文研究了组合导航系统的工程实现,设计了基于FPGA和DSP的导航硬件平台,完成了系统电路设计、电路板布线及系统的软硬件调试。开发过程中考虑到系统传感器接口的多样性,数据采集电路核心芯片采用接口灵活的FPGA;为了满足系统实时性和高速度的数据处理,数据处理的核心芯片采用高速的DSP来实现。最后,对组合导航样机进行了转台和车载试验。实验结果表明,基于FPGA和DSP的组合导航系统实现了系统的基本功能,提高了组合导航系统的精度、计算速度和稳定性,体现出高性能FPGA和DSP在组合导航应用中的巨大优势。
【关键词】：组合导航 UKF 渐消因子 FPGA/DSP SINS/GPS/地磁
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN967.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题的背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究与发展现状12-14
• 1.3 论文主要内容及章节安排14-15
• 第2章 SINS/GPS组合导航原理15-31
• 2.1 捷联惯性导航系统15-24
• 2.1.1 捷联惯性导航原理15-20
• 2.1.2 捷联惯性导航误差分析20-24
• 2.2 GPS导航系统24-28
• 2.2.1 GPS定位原理24-26
• 2.2.2 GPS定位误差分析26-28
• 2.3 组合方式28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 SINS/GPS组合导航系统卡尔曼滤波方法研究31-46
• 3.1 卡尔曼滤波算法31-33
• 3.1.1 卡尔曼滤波的原理31-32
• 3.1.2 初始条件对卡尔曼滤波精度的影响32
• 3.1.3 噪声协方差阵对卡尔曼滤波精度的影响32-33
• 3.2 组合导航系统建模33-35
• 3.2.1 组合导航系统的状态方程33-34
• 3.2.2 组合导航系统的量测方程34-35
• 3.2.3 系统方程的离散化35
• 3.3 UKF滤波算法35-38
• 3.3.1 UT变换35-36
• 3.3.2 UKF算法流程36-38
• 3.4 带渐消矩阵的UKF算法38-43
• 3.4.1 渐消矩阵的分析与计算38-40
• 3.4.2 带渐消矩阵的UKF在实际应用中的问题40-42
• 3.4.3 带渐消矩阵的UKF在组合导航系统中的应用42-43
• 3.5 数据处理与对比分析43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 SINS/GPS组合导航系统硬件电路46-67
• 4.1 硬件系统需求与整体方案46-47
• 4.1.1 系统的需求分析46-47
• 4.1.2 硬件系统的整体方案47
• 4.2 系统电源电路47-49
• 4.2.1 系统的电源需求47-48
• 4.2.2 系统电源方案设计48-49
• 4.3 数据采集电路49-60
• 4.3.1 FPGA的结构特点及配置电路50-53
• 4.3.2 FPGA的底层软件设计53-58
• 4.3.3 传感器电路58-60
• 4.4 数据处理电路60-64
• 4.4.1 DSP的结构特点及配置电路60-62
• 4.4.2 DSP的底层软件设计62-64
• 4.5 FPGA与DSP通信接口设计64-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 试验与结果分析67-74
• 5.1 惯性器件的转台实验67-71
• 5.1.1 静态试验67-69
• 5.1.2 动态试验69-71
• 5.2 组合导航系统车载实验71-73
• 5.3 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果80-81
• 致谢81

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本文编号：1009243