基于DSP6713的惯性导航平台设计与实现

摘要

针对地理信息获取对惯性导航系统响应速度和解算精度需求日益提高的现状，利用惯性测量单元输出信号具有精度高、随机漂移小、动态范围大等特点，设计并实现以TMS320C6713B型DSP和XC3S400型FPGA为核心的惯性导航处理平台，依据DSP+FPGA框架完成惯性测量单元ADIS16448中原始数据的采集与导航解算。该平台在已有的初始对准方法基础上，提出改进的惯性系统初始对准方案，实现了导航平台的初始精对准，得到高精度的初始捷联矩阵。根据四元数法更新捷联矩阵，完成平台的姿态、速度和位置信息实时解算。进行数据采集实验，解算载体三维运动信息并实时动态显示。实验验证了导航平台设计的可行性和稳定性，导航解算算法的可用性。该平台具有结构设计简洁、数据采集实时性强、精度高、数据通信接口方便等优点，满足导航系统小型化、高精度、实时性和高可靠性的发展需求，可应用于多种传感器测量数据采集和处理、惯性导航、组合导航等，在工程上具有一定的应用价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 惯性导航系统发展现状及趋势

1．2．2 惯性导航解算平台发展现状及趋势

1．3 主要研究内容

1．4 技术路线与方法

2 惯性导航系统原理

2．1 坐标系

2．1．1 常用坐标系

2．1．2 坐标系间的转换关系

2．2 惯性导航系统原理

2．2．1 姿态更新

2．2．2 速度位置更新

2．3 小结

3．惯性导航平台设计与实现

3．1 导航平台系统构成

3．1．1 DSP与FPGA芯片选型

3．1．2 DSP与FPGA工作模式配置

3．1．3 电源与复位电路

3．1．4 外部存储器

3．1．5 数据采集与通讯

3．1．6 JTAG仿真接口

3．2 导航平台软件设计

3．2．1 导航平台系统控制

3．2．2 TMS320C6713存储空间配置

3．2．3 导航平台调试

3．3 小结

4．惯性导航平台算法实现

4．1 数据预处理

4．1．1 MEMS惯性测量单元输出数据格式

4．1．2 频谱分析

4．1．3 低通滤波

4．2 系统初始对准

4．2．1 粗对准

4．2．2 Kalman滤波精对准

4．3 载体三维运动信息求取

4．4 小结

5．实验结果及分析

5．1 数据预处理

5．1．1 频谱分析

5．1．2 低通滤波

5．2 初始对准实验

5．2．1 粗对准

5．2．2 Kalman精对准

5．3 人员三维运动信息解算实验

5．3．1 姿态解算

5．3．2 速度和位置解算

5．4 小结

6．结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历

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