基于SOPC多核的高精度惯性/卫星组合导航系统平台设计
发布时间：2022-10-19 17:18
多传感器组合导航系统是用以解决导航定位、运动控制、设备标定对准等问题的信息综合系统。惯性导航系统和卫星导航系统具有良好的信息互补性,将两者融合可以提高整体导航性能。在实际工程应用中,如何进一步提高惯性/卫星组合系统的精度,成为导航定位领域研究的重点。随着FPGA技术的发展,基于FPGA的片上系统SOPC（System On Programmable Chip）开始活跃于工程应用领域。本文针对高精度惯性/卫星组合导航系统的工程实现问题,研究了一种基于SOPC双核的惯性/卫星组合导航系统,主要工作内容有:针对惯性/卫星组合导航系统在工程应用中的实现问题,基于嵌入式微电子技术,给出了一种利用SOPC多核技术,在单片FPGA上嵌入两个CPU模块的双核导航系统设计方案。针对组合导航系统的精度问题,开展了惯性系统的误差分析研究,提出了一种基于RWTLS的Allan方差随机误差辨析方法。设计实验验证该方法的可靠性,并采用该方法对惯性元件进行了随机误差辨析。根据双核导航系统设计方案,开展了惯性/卫星组合导航系统的详细设计。以FPGA处理器为核心搭建了惯性/卫星组合导航系统硬件电路平台。重点研究了以R2...
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 惯性/卫星组合导航数据融合研究现状
1.2.2 惯性/卫星组合导航计算机的研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 高精度惯性/卫星组合导航系统整体设计
2.1 引言
2.2 惯性/卫星组合导航系统的组成
2.3 惯性/卫星组合导航系统的信息融合
2.3.1 惯性/卫星组合导航信息融合流程
2.3.2 Kalman滤波器的相关原理及应用
2.4 惯性/卫星导航系统的设计方案
2.4.1 导航计算机的性能要求分析
2.4.2 导航计算机主控芯片方案选择
2.4.3 导航计算机的数据接口设计
2.4.4 基于FPGA的导航计算机设计
2.4.5 SOPC技术简介
2.4.6 IP核概念
2.5 本章小结
第三章 惯性元件随机误差分析
3.1 引言
3.2 惯性元件随机误差模型分析
3.2.1 随机误差分析
3.2.2 随机误差模型
3.3 惯性元件随机误差辨识技术
3.3.1 Allan方差原理
3.3.2 惯性元件随机误差分析
3.4 惯性元件实测数据Allan方差分析
3.5 基于RWTLS的简化Allan方差估计算法
3.5.1 Allan方差的简化
3.5.2 基于RWTLS的抗差拟合
3.5.3 基于RWTLS的改进Allan方差估计算法结果分析
3.6 本章小结
第四章 基于FPGA的导航计算机硬件平台设计
4.1 引言
4.2 组合导航系统的整体硬件设计
4.3 电源电路设计
4.4 数据传输接口电路设计
4.5 主控电路板电路设计
4.5.1 基于FPGA的最小系统电路设计
4.5.2 主控芯片的选择
4.5.3 基础控制电路设计
4.6 硬件电路的印刷电路板设计
4.7 硬件电路测试
4.8 本章小结
第五章 基于GPS秒脉冲的高精度时间同步设计
5.1 引言
5.2 时间误差分析
5.2.1 时间系统
5.2.2 时间误差的来源及影响
5.3 基于GPS秒脉冲的时间同步方案设计
5.4 时间同步IP核设计
5.4.1 时间同步IP核设计
5.4.2 时间同步IP软核的封装
5.5 时间同步验证实验
5.6 本章小结
第六章 基于SOPC双核的惯性/卫星组合导航系统设计
6.1 引言
6.2 串口软IP核的改进设计
6.2.1 R232接口IP软核设计
6.2.2 R232接口IP软核封装及测试
6.3 基于SOPC的硬件系统配置
6.3.1 SOPC模块需求
6.3.2 SOPC各模块配置
6.4 基于UCOS-Ⅱ的组合导航软件系统设计
6.4.1 基于NIOS Ⅱ环境的UCOS-Ⅱ任务设计
6.4.2 数据融合滤波器的设计
6.4.3 双CPU通信的软件设计
6.5 惯性/卫星组合导航系统的性能测试实验
6.6 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]组合导航计算机容错技术研究[J]. 王健. 现代导航. 2016(01)
[2]抗差加权整体最小二乘模型的牛顿-高斯算法[J]. 王彬,李建成,高井祥,刘超. 测绘学报. 2015(06)
[3]一种多滤波器组合导航数据融合方法[J]. 马龙,张锐,苏志刚. 计算机测量与控制. 2015(02)
[4]REVIEW OF ADVANCED FPGA ARCHITECTURES AND TECHNOLOGIES[J]. Yang Haigang,Zhang Jia,Sun Jiabin,Yu Le. Journal of Electronics（China）. 2014(05)
[5]加权整体最小二乘的迭代解法[J]. 仲崇豪,姚宜斌,刘强,张良. 大地测量与地球动力学. 2014(04)
[6]一种提高导航精度的改进滤波方法[J]. 洪海斌,郭杭,殷红,李英成. 测绘通报. 2013(06)
[7]一种基于时变噪声的惯性/陆基无线电导航系统信息融合方法[J]. 马燕玲,赖际舟,吕品,柳敏,刘建业. 电子测量技术. 2013(03)
[8]RS 232串口通信在PC机与单片机通信中的应用[J]. 潘方. 现代电子技术. 2012(13)
[9]MEMS传感器随机误差Allan方差分析[J]. 高宗余,方建军,于丽杰. 仪器仪表学报. 2011(12)
[10]ucos系统及其消息队列详析[J]. 陈果,冯静. 电子元器件应用. 2011 (03)
博士论文
[1]惯性导航辅助的无缝定位改进模型研究[D]. 谭兴龙.中国矿业大学 2014
[2]组合导航系统多源信息融合关键技术研究[D]. 袁克非.哈尔滨工程大学 2012
[3]MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D]. 何昆鹏.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]GPS/INS组合导航算法研究与实现[D]. 刘帅.解放军信息工程大学 2012
[2]基于FPGA的双核导航计算机系统设计[D]. 王波.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于FPGA的Kalman滤波器实现研究[D]. 赵大建.南京航空航天大学 2012
[4]基于PC/104总线的GFSINS导航计算机系统研究[D]. 曹国峰.哈尔滨工程大学 2010
[5]基于PC104的惯性导航计算机系统设计[D]. 梁大伟.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3693785
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 惯性/卫星组合导航数据融合研究现状
1.2.2 惯性/卫星组合导航计算机的研究现状
1.3 主要研究内容
第二章 高精度惯性/卫星组合导航系统整体设计
2.1 引言
2.2 惯性/卫星组合导航系统的组成
2.3 惯性/卫星组合导航系统的信息融合
2.3.1 惯性/卫星组合导航信息融合流程
2.3.2 Kalman滤波器的相关原理及应用
2.4 惯性/卫星导航系统的设计方案
2.4.1 导航计算机的性能要求分析
2.4.2 导航计算机主控芯片方案选择
2.4.3 导航计算机的数据接口设计
2.4.4 基于FPGA的导航计算机设计
2.4.5 SOPC技术简介
2.4.6 IP核概念
2.5 本章小结
第三章 惯性元件随机误差分析
3.1 引言
3.2 惯性元件随机误差模型分析
3.2.1 随机误差分析
3.2.2 随机误差模型
3.3 惯性元件随机误差辨识技术
3.3.1 Allan方差原理
3.3.2 惯性元件随机误差分析
3.4 惯性元件实测数据Allan方差分析
3.5 基于RWTLS的简化Allan方差估计算法
3.5.1 Allan方差的简化
3.5.2 基于RWTLS的抗差拟合
3.5.3 基于RWTLS的改进Allan方差估计算法结果分析
3.6 本章小结
第四章 基于FPGA的导航计算机硬件平台设计
4.1 引言
4.2 组合导航系统的整体硬件设计
4.3 电源电路设计
4.4 数据传输接口电路设计
4.5 主控电路板电路设计
4.5.1 基于FPGA的最小系统电路设计
4.5.2 主控芯片的选择
4.5.3 基础控制电路设计
4.6 硬件电路的印刷电路板设计
4.7 硬件电路测试
4.8 本章小结
第五章 基于GPS秒脉冲的高精度时间同步设计
5.1 引言
5.2 时间误差分析
5.2.1 时间系统
5.2.2 时间误差的来源及影响
5.3 基于GPS秒脉冲的时间同步方案设计
5.4 时间同步IP核设计
5.4.1 时间同步IP核设计
5.4.2 时间同步IP软核的封装
5.5 时间同步验证实验
5.6 本章小结
第六章 基于SOPC双核的惯性/卫星组合导航系统设计
6.1 引言
6.2 串口软IP核的改进设计
6.2.1 R232接口IP软核设计
6.2.2 R232接口IP软核封装及测试
6.3 基于SOPC的硬件系统配置
6.3.1 SOPC模块需求
6.3.2 SOPC各模块配置
6.4 基于UCOS-Ⅱ的组合导航软件系统设计
6.4.1 基于NIOS Ⅱ环境的UCOS-Ⅱ任务设计
6.4.2 数据融合滤波器的设计
6.4.3 双CPU通信的软件设计
6.5 惯性/卫星组合导航系统的性能测试实验
6.6 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]组合导航计算机容错技术研究[J]. 王健. 现代导航. 2016(01)
[2]抗差加权整体最小二乘模型的牛顿-高斯算法[J]. 王彬,李建成,高井祥,刘超. 测绘学报. 2015(06)
[3]一种多滤波器组合导航数据融合方法[J]. 马龙,张锐,苏志刚. 计算机测量与控制. 2015(02)
[4]REVIEW OF ADVANCED FPGA ARCHITECTURES AND TECHNOLOGIES[J]. Yang Haigang,Zhang Jia,Sun Jiabin,Yu Le. Journal of Electronics（China）. 2014(05)
[5]加权整体最小二乘的迭代解法[J]. 仲崇豪,姚宜斌,刘强,张良. 大地测量与地球动力学. 2014(04)
[6]一种提高导航精度的改进滤波方法[J]. 洪海斌,郭杭,殷红,李英成. 测绘通报. 2013(06)
[7]一种基于时变噪声的惯性/陆基无线电导航系统信息融合方法[J]. 马燕玲,赖际舟,吕品,柳敏,刘建业. 电子测量技术. 2013(03)
[8]RS 232串口通信在PC机与单片机通信中的应用[J]. 潘方. 现代电子技术. 2012(13)
[9]MEMS传感器随机误差Allan方差分析[J]. 高宗余,方建军,于丽杰. 仪器仪表学报. 2011(12)
[10]ucos系统及其消息队列详析[J]. 陈果,冯静. 电子元器件应用. 2011 (03)
博士论文
[1]惯性导航辅助的无缝定位改进模型研究[D]. 谭兴龙.中国矿业大学 2014
[2]组合导航系统多源信息融合关键技术研究[D]. 袁克非.哈尔滨工程大学 2012
[3]MEMS惯性器件参数辨识及系统误差补偿技术[D]. 何昆鹏.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]GPS/INS组合导航算法研究与实现[D]. 刘帅.解放军信息工程大学 2012
[2]基于FPGA的双核导航计算机系统设计[D]. 王波.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于FPGA的Kalman滤波器实现研究[D]. 赵大建.南京航空航天大学 2012
[4]基于PC/104总线的GFSINS导航计算机系统研究[D]. 曹国峰.哈尔滨工程大学 2010
[5]基于PC104的惯性导航计算机系统设计[D]. 梁大伟.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3693785
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