基于DSP和FPGA的导航计算机设计

论文摘要

随着导航技术的迅速发展，导航系统对其核心——导航计算机的要求日益提高，各种专门为导航设计的计算机也应运而生。本文在分析国内外导航计算机发展状况的基础上，提出了一种基于数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）的导航计算机设计方案。本文的主要工作内容包括：1.对国内外导航计算机的发展现状进行了调研，并对课题用到的GPS和IMU单元进行了分析，包括其导航的基本原理，导航报文解析等。2.以TI公司的TMS320F28335型DSP和Altera公司的EP3C25Q240型FPGA作为核心，辅以少量外围芯片，设计实现了导航计算机的硬件平台，其中DSP专注于导航解算，FPGA负责微惯性测量单元（IMU）和全球定位系统（GPS）等数据的采集，缓存以及与其它模块的通信。3.在FPGA内部进行了硬件逻辑编程，利用FPGA的可重复编程配置和高速并行处理能力，扩展了多路串行通信接口，满足了多输入和输出要求；在FPGA内部，采用异步FIFO存储结构来缓冲数据，并根据逻辑和时序关系设计地址译码模块和控制模块，有效解决了采样信号和DSP之间的跨时钟域传输的问题。4.将GPS接收机和IMU以及上位机与设计出的导航计算机相连接，搭建完整的系统，并通过多次数，长时间连续试验，成功进行了数据的采集处理和传输任务。结合后续的数据误差分析，进一步验证了导航计算机工作的可靠性和准确性。最终设计出的导航计算机具有体积小，集成度高，功耗低的特点，其工作性能可靠，可以替代课题组原有硬件平台，实现组合导航的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 导航计算机的提出
• 1.3 国内外导航计算机研究发展概况
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 GPS 和 IMU 单元分析
• 2.1 GPS 定位系统
• 2.1.1 GPS 系统的构成
• 2.1.2 GPS 定位基本原理
• 2.2 GPS 接收机及报文分析
• 2.2.1 GPS 接收机
• 2.2.2 GPS 报文解析
• 2.3 捷联式惯性导航系统
• 2.3.1 基本组成
• 2.3.2 基本原理
• 2.4 IMU 及报文分析
• 2.5 组合导航
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 系统需求分析
• 3.2 总体方案设计
• 3.3 核心器件选型
• 3.4 硬件电路设计
• 3.4.1 系统电源设计
• 3.4.2 时钟电路
• 3.4.3 串行通信模块设计
• 3.4.4 仿真和下载模块设计
• 3.5 小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 FPGA 及其开发流程简介
• 4.2 FPGA 内部逻辑总体设计
• 4.2.1 串口模块设计
• 4.2.2 异步 FIFO 设计
• 4.2.3 地址译码模块
• 4.2.4 控制模块
• 4.3 小结
• 第5章 试验与结果分析
• 第6章 结论
• 6.1 工作内容总结
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果