基于FPGA的捷联惯组数据采集系统的设计与实现

摘要

随着导航技术的发展，人们对导航信息处理的核心——导航计算机提出了更高的要求。为了满足导航计算机运算能力强，精度高，可靠性好，体积小，功耗低的要求，本课题对国内外导航计算机研究现状进行了综合对比，采用FPGA+DSP的方案进行设计。
　　本课题的主要任务是设计一套捷联惯组数据采集系统，包括硬件平台搭建和软件系统设计。捷联惯组由三个内部集成温度传感器的激光陀螺仪和三个石英挠性加速度计组成，其中FPGA负责陀螺和加速度计的信息采集、时序控制和串口通信，DSP专注于导航解算。
　　通过对激光陀螺仪输出信号的分析，采用前后状态对比法完成了 AB相信号的四细分、辨向和可逆计数；针对激光陀螺仪容易受大范围温度变化影响的问题，提出了温度补偿的方法；针对FPGA不能处理模拟信号的问题，采用模数芯片LTC1867完成了温度信号的模数转换；针对激光陀螺仪存在闭锁效应，本课题采用FIR滤波器完成了激斗信号的滤波。本课题使用的捷联惯组中已经集成了 I/F转换电路，因此可以对加速度计输出的正负脉冲信号直接进行可逆计数。
　　FPGA和DSP通过EMIF接口进行通信。在导航解算过程中，针对毕卡求解法存在有限转动不可交换性误差，只可以在低动态环境下工作的问题，采用等效旋转矢量法对不可交换性误差进行了补偿，使之可以在高动态环境下正常工作。为了减轻DSP的任务，使其专注于导航解算，选择将导航结果由FPGA通过422串口传输到上位机。
　　经过硬件电路调试和软件系统仿真，在三轴转台上完成了陀螺仪和加速度计组合的系统标定，通过大量静态导航试验，验证设计系统合理，可以长期稳定运行。

目录

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第二章 系统硬件电路选型和设计

2.1 器件选型

2.2 硬件电路设计

2.3 本章小结

第三章 系统软件设计

3.1 总体方案设计

3.2 FPGA开发设计

3.3 系统软件设计

3.4 本章小结

第四章 基于FPGA的FIR滤波器设计

4.1 FIR滤波器的理论基础

4.2 FIR滤波器的设计方法

4.3 FIR滤波器的FPGA实现

4.4 本章小结

第五章 捷联惯导系统静态导航试验

5.1 系统硬件调试

5.2 激光陀螺的FIR滤波

5.3 导航算法

5.4 系统标定

5.5 数据分析

结论

参考文献

声明

致谢