基于TMS320C6747和FPGA的GPS/SINS组合导航系统研究

摘要

组合导航系统根据现代战争需求和导航对象要求，将两种或者两种以上的导航系统结合起来，兼备各系统的优点而弥补缺陷，从而使新的导航系统具有单独导航系统所不具备的优良性能。为了适应导航系统的高性能、高精度、微型化的要求，本文设计出一种基于TMS320C6747与FPGA的GPS/SINS组合导航系统。
　　 首先，本文提出了基于双天线GPS与SINS的组合导航方案。目前多数GPS/SINS组合导航系统采用速度、位置的组合方式，而本文利用双天线GPS的测姿信息进行GPS/SINS全组合。根据惯导和双天线GPS特点，进行数学建模，通过四元数法进行惯导数据的解算，并利用Kalman滤波算法进行SINS和GPS的数据融合。
　　 在分析了GPS/SINS组合导航系统的特点和实际需求后，文中提出了基于新型数字信号处理器TMS320C6747和FPGA的导航计算机总体设计方案，其中DSP主要负责数据的处理，FPGA主要负责系统中外部信息的采集。在此基础上，文中重点研究了DSP和FPGA硬件平台的电路实现，以及DSP底层驱动软件、基于FPGA串行接口软件和组合导航应用程序的实现。
　　 文中最后介绍了硬件平台和组合导航系统整体性能测试。测试结果表明，本文提出的基于DSP和FPGA的GPS/SINS组合导航系统能够满足系统需求，具有工程参考价值和应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容和结构安排

2 GPS／SINS组合导航系统原理与设计方案

2．1 捷联惯性导航系统

2．1．1 捷联惯性导航系统基本原理

2．1．2 捷联惯性导航系统导航算法

2．1．3 捷联惯性导航误差分析

2．2 GPS卫星导航系统

2．2．1 GPS定位基本原理

2．2．2 GPS定向原理

2．3 GPS／SINS组合导航系统信息融合方法设计

2．3．1 GPS／SINS组合模式

2．3．2 GPS／SINS全组合方案设计

2．3．3 GPS／SINS组合导航系统状态方程

2．3．4 GPS／SINS组合导航系统的量测方程

2．3．5 Kalman滤波原理

2．4 本章小结

3 基于DSP+FPGA导航计算机硬件平台设计

3．1 导航系统需求分析

3．1．1 功能需求

3．1．2 性能需求

3．2 导航计算机总体设计方案

3．3 导航系统核心器件选择

3．3．1 DSP芯片选型

3．3．2 FPGA芯片选型

3．4 DSP硬件电路设计

3．4．1 电源与复位电路设计

3．4．2 基于锁相环的时钟设计

3．4．3 DSP外部存储器接口设计

3．4．4 BootLoader设计

3．4．5 JTAG接口

3．5 FPGA硬件电路设计

3．5．1 FPGA配置电路设计

3．5．2 串口电平转换电路设计

3．6 本章小结

4 组合导航系统软件设计

4．1 DSP与FPGA软件开发流程

4．1．1 DSP软件开发流程概述

4．1．2 FPGA软件开发流程概述

4．2 DSP驱动程序设计

4．2．1 DSP锁相环初始化设置

4．2．2 中断控制器模块设置

4．2．3 NOR FLASH驱动程序设计

4．3 基于FPGA的通用异步串行接口设计

4．3．1 异步串行通信标准

4．3．2 波特率发生器

4．3．3 发送控制器设计

4．3．4 接收控制器设计

4．4 应用程序设计

4．4．1 惯导解算应用程序设计

4．4．2 数据融合应用程序的设计

4．5 本章小结

5 系统测试

5．1 导航计算机测试

5．1．1 计算机初始化测试

5．1．2 串口通信测试

S．1．3 FLASH测试

5．2 系统动态测试

6 总结与展望

6．1 本文所做工作总结

6．2 后期工作展望

致谢

参考文献