基于DSP和FPGA的导航计算机系统设计

发布时间：2017-07-18 18:19

  本文关键词：基于DSP和FPGA的导航计算机系统设计

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【摘要】：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。针对二频机抖激光陀螺仪和石英挠性加速度计的器件特性,采用等效旋转矢量算法进行导航解算;依据捷联惯导系统的基本原理,给出了各导航参数的具体计算方法。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TMS320C6722型DSP和EP2C5T144型FPGA为主器件,辅以少量外围芯片,设计了导航计算机系统的硬件平台。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。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;根据系统多输入多输出的要求,利用FPGA的可重复编程特性和高速并行处理能力,扩展了多路串口通信,并在FPGA内部利用异步FIFO存储结构来缓存数据;为了防止出现存储空间不足的问题,利用DSP的EMIF接口外扩了存储器;围绕数据流向以及时序控制的问题,设计了控制模块来协调各个模块之间的通信。利用三轴转台进行了惯组标定试验以及静态导航实验,试验结果表明该系统设计正确,性能稳定可靠。该导航计算机具有功耗低,小型化,集成度高等特点。
【关键词】：捷联惯导系统 导航计算机 DSP FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN965.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 导航计算机的研究现状9-10
• 1.3 课题研究的意义10-11
• 1.4 主要研究内容11-13
• 第2章 捷联惯性导航算法研究13-24
• 2.1 引言13
• 2.2 坐标系及坐标变换13-17
• 2.2.1 坐标系13-14
• 2.2.2 坐标变换14-17
• 2.3 捷联惯导系统基本原理17-22
• 2.3.1 比力方程17-19
• 2.3.2 姿态矩阵19
• 2.3.3 姿态矩阵的计算19-20
• 2.3.4 速度和位置计算20-22
• 2.4 等效旋转矢量算法22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 导航计算机硬件电路设计24-40
• 3.1 总体方案设计24
• 3.2 器件选型24-26
• 3.2.1 DSP选型25
• 3.2.2 FPGA选型25-26
• 3.2.3 其他器件选型26
• 3.3 硬件电路设计26-39
• 3.3.1 系统电源模块26-27
• 3.3.2 DSP系统27-32
• 3.3.3 FPGA逻辑模块32-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 捷联导航系统软件设计40-64
• 4.1 总体方案设计40-41
• 4.2 软件设计41-63
• 4.2.1 FPGA信号采集模块设计41-49
• 4.2.2 异步FIFO设计49-55
• 4.2.3 EMIF接口配置55-58
• 4.2.4 串口模块设计58-61
• 4.2.5 控制模块设计61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 试验和结果分析64-73
• 5.1 硬件调试64-67
• 5.2 惯组标定试验和静态导航试验67-70
• 5.3 试验结果70-73
• 结论73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79

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本文编号：559146