论文摘要
利用地磁进行导航定位,在技术上具有无源、无辐射、全天时、全天候、全地域、功耗低、性能可靠、抗干扰能力强等特点。而磁异常定位是地磁导航的新方向,针对磁异常信号相对地磁主背景场小,容易被淹没在背景场中的特点,需要采用高精度、高分辨率的地磁信号采集系统。课题采用高精度磁通门传感器和Σ-Δ模数转换器件,运用SOPC（可编程片上系统）技术设计了高集成度的信号采集、算法处理、实时通信的地磁信号采集系统。利用SOPC技术构建了以Nios II处理器为核心,将存储器、外设控制器、用户自定义逻辑等模块集成到一片FPGA （Field Programmable Gate Array）芯片上,构成了一个嵌入式系统。解决了对于传统的利用分离元件组成的系统工作不可靠,调试不便,升级难的问题。系统按功能上主要由四个模块构成：信号调理模块、数据采集模块、数据处理模块和通讯显示模块。信号调理模块是将原始的传感器输出电压信号根据大小对其采取衰减、滤波和单端转差分等一系列措施使其幅度接近ADC输入范围,以充分利用ADC器件的分辨率,提高采集电路的精度,同时滤除采样带宽之外的信号和噪声；数据采集模块是SOPC系统通过SPI主控制器发送读写命令给模数转换器（AD）片上的寄存器来完成各种操作,通过SPI接口把经过模数转换后的地磁信号转变为数字信号并送入系统中；数据处理模块主要是用利用DSP Builder构建FIR滤波器,实现了算法设计的图形化,方便了算法的设计,同时给出了基于Avalon总线定制从设备外设的设计方案,并构成用户自定义模块添加至SOPC系统中,实现传统处理器无法实现的最佳系统性能,提高了系统的工作效率；数据通讯模块采用RS232串口通讯,负责把采集到的地磁数据由SOPC系统的UART控制器上传到由LabVIEW构建的基于VISA的串口通信上位机界面,并用TDMS格式存储地磁数据,以便其他软件进行数据分析。最后对系统进行了硬件和软件的系统调试,并对实验数据采用直方图方法进行了系统测试和分析。实验测试表明,系统的软硬件设计基本达到了预期目标,为后续地磁导航系统的研究奠定了基础,具有一定的使用价值。