基于DSP组合导航系统的设计与研究

论文摘要

组合导航系统综合两种或两种以上的不同类型的导航传感器信息,使它们优势互补,以获得比单独使用任一系统时更高的导航性能,目前已经成为导航系统的主要发展方向之一。本文主要研究组合导航系统实时数字信号处理问题,完成了组合导航系统的软、硬件设计。论文介绍了捷联式惯性导航系统(SINS)和全球定位导航系统(GPS)的基本原理,在分析GPS/SINS组合结构的基础上,给出了松散的位置、速度组合导航算法,确定了由DSP、单片机和CPLD构成的系统方案。DSP采用了TMS320C6713开发板,专门用于导航数据解算,单片机主要完成惯性测量模块(IMU)的数据采集任务,CPLD主要完成系统的译码及协调各模块之间相互通信的任务,这样可以充分发挥DSP的运算能力,满足导航数据的实时解算。硬件方面主要完成了单片机模块电路、CPLD接口电路、缓冲存储器电路及DSP EMIF接口电路的设计。软件方面主要完成了捷联惯导解算模块、卡尔曼滤波器模块以及其它各功能模块的软件编程。系统的调试和静态试验结果表明,由DSP(TMS320C6713)做为组合导航系统的核心处理器,实现了系统的基本功能,可以满足组合导航系统小型化、高精度和实时性的要求,组合导航系统的性能比单一的导航系统有了较大的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和依据
• 1.2 导航系统发展概述
• 1.3 DSP在信号处理领域中的应用与发展趋势
• 1.4 论文主要工作
• 2 基本理论及概念
• 2.1 SINS捷联惯性导航系统
• 2.1.1 SINS捷联惯性导航系统基本概况
• 2.1.2 导航系统中的坐标系
• 2.1.3 坐标系之间的变换关系
• 2.1.4 捷联惯导数字迭代算法原理
• 2.2 GPS导航系统
• 2.2.1 GPS定位系统的组成
• 2.2.2 GPS定位原理
• 2.2.3 GPS接收机
• 2.2.4 NMEA-0183数据格式
• 2.3 GPS/SINS组合导航系统
• 2.4 GPS/SINS卡尔曼滤波器
• 2.4.1 Kalman滤波原理
• 2.4.2 SINS/GPS组合导航系统的状态方程
• 2.4.3 SINS/GPS组合导航系统测量方程
• 3 系统硬件部分
• 3.1 系统的设计方案
• 3.2 系统的工作原理
• 3.3 数据处理模块设计
• 3.3.1 DSP芯片选择
• 3.3.2 TMS320C6713外围电路设计
• 3.3.3 外部存储器电路设计
• 3.4 可编程逻辑电路
• 3.4.1 复杂可编程逻辑器件CPLD介绍
• 3.4.2 电平转换实现
• 3.4.3 CPLD与FIFO接口电路设计
• 3.5 传感器模块电路设计
• 3.6 数据采集模块电路设计
• 3.6.1 采集IMU模块数据电路设计
• 3.6.2 GPS接口电路设计
• 4 系统软件部分
• 4.1 DSP系统软件设计
• 4.1.1 DSP软件开发
• 4.1.2 cmd文件编写
• 4.1.3 系统的启动加载设计
• 4.2 DSP模块软件设计
• 4.2.1 DSP锁相环初始化
• 4.2.2 EMIF初始化
• 4.2.3 中断服务程序
• 4.3 CPLD软件设计
• 4.3.1 Verilog HDL语言
• 4.3.2 数据采集模块软件设计
• 4.4 组合导航系统软件开发
• 4.4.1 组合导航系统软件设计
• 5 试验结果与论文总结
• 5.1 静态试验
• 5.2 总结
• 致谢
• 参考文献