基于ARM的GPS/SINS组合导航系统设计

论文摘要

本文的主要任务是设计一种基于ARM的捷联惯性导航(SINS)和全球定位系统(GPS)的组合导航系统。本设计采用ARM920T内核的S3C2410X处理器为硬件电路的核心,实现了组合导航系统的高速实时数据处理的软硬件设计及调试。本文的主要工作如下：首先,本文着重分析组合导航算法,确定本系统采用松散的位置、速度组合导航算法,并选用卡尔曼滤波完成导航系统数据的信息融合。其次,本文设计可以分为硬件和软件两个方面。硬件以ARM为核心的组合导航系统平台,其中包含IMU模块,GPS模块,以及信号采集模块和协处理模块。S3C2410X处理器实现了系统的控制,导航数据的解算；FPGA作为协处理器采用Altear公司的EP2C8,实现了FIFO,时序控制等功能,并协助ARM采集数据；A／D采用TI公司的ADS836芯片,16位的A／D转换有效的提高数据采集精度。软件以linux为系统设计软件平台。分析系统实时性,运用捷联惯导解算模块、卡尔曼滤波器模块以及其它各功能模块实现对组合导航数据的融合,以得到精确导航信息；并根据Linux操作系统的特点,设计了采集数据需要的驱动程序和应用程序。最后,通过实验数据对比进一步说明以ARM为核心的组合导航系统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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外惯性导航系统的发展与现状
• 1.2.1 卫星导航定位系统
• 1.2.2 惯性导航系统
• 1.2.3 组合导航系统
• 1.3 嵌入式系统的现状及未来的发展趋势
• 1.4 本文的主要研究工作
• 2 GPS/SINS组合导航系统原理及设计
• 2.1 GPS/SINS组合导航系统原理
• 2.2 Kalman滤波基本原理
• 2.3 GPS/SINS组合导航系统的状态方程
• 2.4 组合导航系统的精度分析
• 3 系统的总体设计方案
• 3.1 硬件平台总体方案
• 3.2 软件平台总体方案
• 3.3 系统总体概括
• 4 硬件部分的设计实现
• 4.1 IMU模块的设计
• 4.2 数据采集模块电路设计
• 4.2.1 A/D模块
• 4.2.2 前端调理电路
• 4.3 GPS接口电路设计
• 4.4 FPGA模块设计
• 4.5 核心处理器的选择及外围主要电路设计
• 4.5.1 Samsung S3C2410X的主要特征
• 4.5.2 SDRAM模块设计
• 4.5.3 Nand-Flash模块的设计
• 4.5.4 UART异步串行接口模块设计
• 4.6 ARM处理器与FPGA的互联设计
• 5 软件平台的设计及实现
• 5.1 ARM Linux的移植
• 5.1.1 建立Linux交叉编译环境
• 5.1.2 Boot-loader模块的设计
• 5.1.3 ARM Linux的移植
• 5.2 驱动程序设计
• 5.3 Boot-loader程序下载
• 5.4 Linux调试工具
• 6 嵌入式导航系统软件设计
• 6.1 系统程序设计方案
• 6.2 GPS模块设计
• 6.2.1 GPS模块设计思路
• 6.2.2 GPS数据格式
• 6.2.3 程序编写
• 6.3 FPGA的程序实现
• 6.3.1 FPGA的AD控制程序
• 6.3.2 FIFO存储器设计
• 6.3.3 ARM与FPGA程序设计
• 6.4 中断程序设计
• 6.5 导航解算模块设计
• 7 测试结果及总结
• 7.1 测试结果
• 7.2 总结
• 致谢
• 参考文献