專利名稱：一種基于dsp和fpga的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processing, DSP)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列(Field- Programmable Gate Array, FPGA)的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，屬于組合導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，用于 以脈沖方式輸出的慣性測(cè)量單元組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System, INS)與全球 定位系統(tǒng)(Global Position System, GPS)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，特別適用于對(duì)體積功耗和實(shí)時(shí)性要 求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。
技術(shù)背景在導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，組合導(dǎo)航技術(shù)利用有效的數(shù)據(jù)融合方法，將各種具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)功能的導(dǎo) 航子系統(tǒng)組合起來(lái)，充分發(fā)揮各子系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，從而提高導(dǎo)航系統(tǒng)的整體性能'是導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng) 域一個(gè)重要的發(fā)展方向。組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)首先完成組合導(dǎo)航系統(tǒng)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和子系統(tǒng)間的時(shí)間同步，進(jìn)而 完成組合導(dǎo)航算法的實(shí)時(shí)運(yùn)行，得到載體高精度的導(dǎo)航信息，最終將導(dǎo)航信息輸出。傳統(tǒng)的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)主要是基于X86架構(gòu)的專用計(jì)算機(jī)，體積功耗大，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目 前基于嵌入式技術(shù)的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)通常采用主從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，主機(jī)一般采用一片微處理 器或一片數(shù)字信號(hào)處理器，主要負(fù)責(zé)導(dǎo)航計(jì)算，并承擔(dān)GPS數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航信息輸出。從機(jī)采用 一片微處理器，負(fù)責(zé)慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit, IMU)的數(shù)據(jù)采集，這類方案由 于主機(jī)采用串行方式接收GPS串行數(shù)據(jù)，接收過(guò)程占用較多的時(shí)間而使得主機(jī)中導(dǎo)航解算流程經(jīng) 常被中斷，實(shí)時(shí)性差，不能滿足高實(shí)時(shí)性應(yīng)用的要求。專利200610113983.5所述的一種基于雙 DSP的集成化組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，采用兩個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器， 一個(gè)用于數(shù)據(jù)接收和時(shí)間同步， 一個(gè) 用于導(dǎo)航解算，時(shí)間同步采用軟同步方法，針對(duì)的是具有時(shí)間同步信號(hào)的IMU數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)的 同步問題，該專利不含IMU數(shù)據(jù)采集功能，集成度低。而基于FPGA和DSP的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)方 案通常采用FPGA完成IMU數(shù)據(jù)采集，DSP除完成導(dǎo)航解算外，還要采集GPS串行數(shù)據(jù)、完成時(shí) 間同步并承擔(dān)通信任務(wù)，DSP仍然會(huì)因以串行方式接收GPS數(shù)據(jù)而常常中斷導(dǎo)航解算流程，因而 實(shí)時(shí)性差，在數(shù)據(jù)量大的實(shí)時(shí)應(yīng)用場(chǎng)合不能滿足應(yīng)用要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是針對(duì)現(xiàn)有組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的不足，提供一種基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中采集以及導(dǎo)航信息的實(shí)時(shí)解算和輸出，具有體積小、功耗 低、集成度高、實(shí)時(shí)性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)、易于升級(jí)的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，由數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù) 據(jù)采集模塊、導(dǎo)航解算模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊組成。所述的數(shù)據(jù)輸入模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片和光電耦合芯片組，秒脈沖(One Pulse Per Second, 1PPS)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合芯片去除噪聲后輸出CM0S電平形式的1PPS信號(hào)，GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn) 換芯片轉(zhuǎn)換后輸出CMOS電平形式的GPS信號(hào)，IMU脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合芯片組去除噪聲后輸 出CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)。所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括FPGA、配置芯片和撥碼開關(guān)，其中，F(xiàn)PGA包括時(shí)間同步模塊、 譯碼器、多路計(jì)數(shù)器、全雙工異步串行收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter UART) UART1、 UART2、 UART3、雙口RAM1、雙口RAM2、雙口RAM3，通過(guò)高速硬件描述 語(yǔ)言(VHSIC Hardware Description Language, VHDL)實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)輸入模塊輸出的CMOS電平 形式的IPPS信號(hào)和撥碼開關(guān)確定的開關(guān)量信號(hào)經(jīng)譯碼器譯碼得到的信號(hào)作為時(shí)間同步模塊的輸 入信號(hào)，由時(shí)間同步模塊通過(guò)時(shí)間同步方法得到IMU脈沖信號(hào)采集的采樣時(shí)鐘，F(xiàn)PGA通過(guò) UART1和多路計(jì)數(shù)器以及時(shí)間同步模塊完成GPS信號(hào)和IMU脈沖信號(hào)的同步采集；數(shù)據(jù)輸入模 塊輸出的CMOS電平形式的GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)UARTl串并轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于雙口RAM1;多路 計(jì)數(shù)器根據(jù)時(shí)間同步模塊輸出的采樣時(shí)鐘對(duì)IMU脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，并通過(guò)一路計(jì)數(shù)器記錄IMU采 樣次數(shù)，將IMU脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果(即IMU數(shù)據(jù))及IMU采樣次數(shù)存儲(chǔ)于雙口RAM2，然后送入 UART2進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，并輸出串行IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)；雙口RAM3存儲(chǔ)導(dǎo)航解算模塊送來(lái) 的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)與導(dǎo)航解算結(jié)果，然后送入U(xiǎn)ART3進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，并輸 出串行IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)與導(dǎo)航解算結(jié)果。所述的導(dǎo)航解算模塊包括DSP和Flash， DSP通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口 (External Memory Interface, EMIF )定時(shí)讀取數(shù)據(jù)采集模塊中雙口 RAMI存儲(chǔ)的GPS數(shù)據(jù)和雙口 RAM2存儲(chǔ)的IMU數(shù)據(jù)和IMU 采樣次數(shù)，讀取到IMU數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行捷聯(lián)解算，讀取到GPS數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)GPS故障診斷方法對(duì)GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若可用則進(jìn)行組合濾波和反饋校正，然后將IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù) 和導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)EMIF送到數(shù)據(jù)采集模塊的雙口RAM3和數(shù)據(jù)輸出模塊中的網(wǎng)口；同時(shí)，上 位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊中的HPI接口與DSP的HPI通信，獲取IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù) 和導(dǎo)航解算結(jié)果；Flash保存DSP內(nèi)運(yùn)行的程序。所述的數(shù)據(jù)輸出模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片組、第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI (Host Port Interface, HPI)接口，數(shù)據(jù)采集模塊中由UART2并串轉(zhuǎn)換后的串行IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)通 過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片組進(jìn)行轉(zhuǎn)換后經(jīng)第一串口發(fā)送到上位機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊中由UART3串并轉(zhuǎn)換后的串行IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換后經(jīng)第二串口發(fā) 送到上位機(jī)；來(lái)自導(dǎo)航解算模塊中DSP的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊 中的HPI接口訪問導(dǎo)航解算模塊中DSP內(nèi)的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果， 并與第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；第一串口、第二串口、網(wǎng) 口和HPI接口實(shí)現(xiàn)輸出信息冗余。所采用的時(shí)間同步方法為采用GPS接收機(jī)的IPPS秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)其二分 頻得到占空比為1:1的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘I ，根據(jù)GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)帶寬的不同作如下處理帶寬為lHz 時(shí)，以時(shí)鐘I的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生 成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;帶寬為2Hz時(shí)，將時(shí)鐘I進(jìn)行2倍頻得到占空比為l:l的時(shí)鐘n， 然后以時(shí)鐘II的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生 成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;帶寬為4Hz時(shí)，將時(shí)鐘I進(jìn)行4倍頻得到占空比為l:l的時(shí)鐘m， 然后以時(shí)鐘III的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生 成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;帶寬為2nHz時(shí)，n為大于2的正整數(shù)，將時(shí)鐘I進(jìn)行2n倍頻得到 占空比為l:l的時(shí)鐘n，然后以時(shí)鐘n的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì) 系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;采樣時(shí)鐘Ts前沿與lPPS脈沖前沿對(duì)齊，完 成GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)的時(shí)間同步。所采用的GPS故障診斷方法為在數(shù)據(jù)采集模塊2內(nèi)由FPGA內(nèi)通過(guò)VHDL實(shí)現(xiàn)的比較器對(duì)存 儲(chǔ)于雙口RAM1的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)GPS數(shù)據(jù)完整時(shí)允許導(dǎo)航解算模塊3中的DSP訪問數(shù)據(jù)采 集模塊2中雙口RAM1存儲(chǔ)的GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)GPS數(shù)據(jù)由于GPS接收機(jī)故障或因干擾、機(jī)動(dòng)導(dǎo)致失鎖 而不完整時(shí)，不允許DSP訪問，DSP獲取的GPS數(shù)據(jù)中的協(xié)調(diào)世界時(shí)不變，同時(shí)對(duì)GPS數(shù)據(jù)的可 用性進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到協(xié)調(diào)世界時(shí)沒有變化或協(xié)調(diào)世界時(shí)雖有變化，但GPS數(shù)據(jù)不可用時(shí)，檢 測(cè)出GPS故障。所采用的輸出信息冗余和實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法為在IMU脈沖信號(hào)采集的同時(shí)，通過(guò)多路 計(jì)數(shù)器中的一路記錄IMU脈沖信號(hào)采樣次數(shù)，數(shù)據(jù)輸出模塊中第一串口輸出IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣 次數(shù)，第二串口和網(wǎng)口均輸出GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果以及第一串口輸出的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣 次數(shù)，上位機(jī)通過(guò)HPI接口直接訪問DSP內(nèi)部的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算 結(jié)果，第一串口、第二串口、網(wǎng)口輸出的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)和HPI接口獲取的IMU數(shù)據(jù)、 IMU采樣次數(shù)相同，第二串口、網(wǎng)口輸出的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果與HPI接口獲取的GPS數(shù) 據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果相同，實(shí)現(xiàn)輸出信息中MU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)的四重冗余，GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo) 航解算結(jié)果的兩重冗余，通過(guò)IMU采樣次數(shù)得到一一對(duì)應(yīng)，并與GPS數(shù)據(jù)中的協(xié)調(diào)世界時(shí)對(duì)應(yīng)； 系統(tǒng)通過(guò)第一串口 、第二爭(zhēng)口 、網(wǎng)口和HPI接口與上位析實(shí)時(shí)通信，通過(guò)上位機(jī)的接收顯示軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明的工作流程為首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊的撥碼開關(guān)選擇IMU脈沖信號(hào)的采樣時(shí)鐘， FPGA開始采集經(jīng)數(shù)據(jù)輸入模塊輸出的CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)和GPS信號(hào)，每完成一次 采集便觸發(fā)導(dǎo)航解算模塊中DSP外部中斷，DSP通過(guò)響應(yīng)該中斷來(lái)讀取數(shù)據(jù)采集模塊中FPGA采 集的IMU數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，導(dǎo)航解算模塊開始初始對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后，在導(dǎo)航解算模塊中DSP內(nèi) 對(duì)接收到的IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果IMU數(shù)據(jù)不是與GPS數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)，則只進(jìn)行捷聯(lián)解算， 如果為同步數(shù)據(jù)，除進(jìn)行捷聯(lián)解算外，還將解算結(jié)果暫存于DSP的內(nèi)存空間，DSP接收GPS數(shù)據(jù) 在1PPS后固定時(shí)刻進(jìn)行，如果GPS數(shù)據(jù)可用則調(diào)用DSP內(nèi)存空間存儲(chǔ)的捷聯(lián)解算結(jié)果，通過(guò)卡爾 曼濾波估計(jì)出導(dǎo)航參數(shù)的誤差，并作修正，從而由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出高精度的導(dǎo)航信息，如果 GPS數(shù)據(jù)不可用，則不做卡爾曼濾波，由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出捷聯(lián)解算結(jié)果，直到工作結(jié)束。本發(fā)明的原理是本發(fā)明采用FPGA和DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)導(dǎo)航解算和數(shù)據(jù)輸出功能，由數(shù)據(jù)輸入模塊、 數(shù)據(jù)采集模塊、導(dǎo)航解算模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊組成。數(shù)據(jù)輸入模塊將GPS信號(hào)電平、IMU脈沖 信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為與數(shù)據(jù)采集模塊兼容的CMOS電平；數(shù)據(jù)采集模塊利用1PPS秒脈沖信號(hào)通過(guò) 時(shí)間同步方法同步采集IMU脈沖信號(hào)和GPS信號(hào)，并通過(guò)撥碼開關(guān)經(jīng)過(guò)譯碼器控制IMU脈沖 信號(hào)采樣時(shí)鐘周期，從而可以通過(guò)撥碼開關(guān)來(lái)選擇IMU信號(hào)采樣頻率;數(shù)據(jù)采集模塊在采集IMU 脈沖信息的同時(shí)通過(guò)一路計(jì)數(shù)器對(duì)IMU采樣次數(shù)進(jìn)行記錄采集的IMU數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)暫存 于FPGA內(nèi)部的雙口 RAM中，導(dǎo)航解算模塊通過(guò)DSP的EMIF接口高速并行讀取數(shù)據(jù)采集模 塊采集的IMU數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，并且是采用外部定時(shí)中斷方式，以中斷信號(hào)啟動(dòng)導(dǎo)航解算，該 過(guò)程僅需要數(shù)十微秒，DSP獲取GPS數(shù)據(jù)的時(shí)間與采用串行接收的方式相比可忽略不計(jì)，從而 保證了DSP中導(dǎo)航解算流程順利進(jìn)行，不會(huì)因接收GPS數(shù)據(jù)而被迫中斷；當(dāng)導(dǎo)航解算模塊接收 到與GPS數(shù)據(jù)同步的IMU數(shù)據(jù)后，進(jìn)行捷聯(lián)解算，得到載體的位置、速度、姿態(tài)等信息，當(dāng)導(dǎo) 航解算模塊接收到GPS數(shù)據(jù)后，利用卡爾曼濾波器進(jìn)行組合濾波，估計(jì)導(dǎo)航參數(shù)誤差，對(duì)捷聯(lián) 解算結(jié)果進(jìn)行修正，從而獲得高精度的導(dǎo)航信息。為避免因數(shù)據(jù)傳輸或上位機(jī)接收不穩(wěn)定等原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)接收錯(cuò)誤，提高可靠性，本發(fā)明 在信息的輸出上采用了冗余方案，并通過(guò)上位機(jī)對(duì)接收的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集模塊采 集的IMU數(shù)據(jù)不經(jīng)任何處理，直接通過(guò)第一串口輸出到上位機(jī)；第二串口和網(wǎng)口均輸出IMU采 樣次數(shù)、IMU數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和組合導(dǎo)航結(jié)果；上位機(jī)通過(guò)HPI接口直接訪問DSP內(nèi)部的上述數(shù) 據(jù)；第一串口、第二串口、網(wǎng)口輸出的IMU數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和組合導(dǎo)航結(jié)果和上位機(jī)通過(guò)HPI接 口獲取的IMU數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和組合導(dǎo)航結(jié)果通過(guò)IMU采樣次數(shù)而得到一一對(duì)應(yīng)，并與協(xié)調(diào)世界 時(shí)對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)信息冗余，為事后處理提供嚴(yán)格的同步依據(jù)系統(tǒng)通過(guò)第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 1.采用FPGA+DSP的并行結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA完成GPS數(shù)據(jù)與IMU脈沖信號(hào)的集中同步采集，從 而提高了集成度，減小了體積和功耗；DSP獲取GPS數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)中斷DSP內(nèi)導(dǎo)航解算流程，DSP 得以專注于導(dǎo)航解算，保證了實(shí)時(shí)性。2. 輸出信息具有多重冗余，為事后處理提供嚴(yán)格同步的冗余信息，可靠性高。3. 所采用的時(shí)間同步方法適用于以脈沖方式輸出的IMU數(shù)據(jù)與不同帶寬GPS數(shù)據(jù)的同步， 具有很好的通用性。4. 通過(guò)FPGA可以擴(kuò)展更多的輸入輸出接口和更多的UART、 RAM等功能模塊，具有良好 的可擴(kuò)展性，移植升級(jí)方便。


圖l為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的時(shí)間同步時(shí)序圖。圖3為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明由數(shù)據(jù)輸入模塊l、數(shù)據(jù)采集模塊2、導(dǎo)航解算模塊3和數(shù)據(jù)輸出模塊 4組成。所述的數(shù)據(jù)輸入模塊l包括電平轉(zhuǎn)換芯片和光電耦合芯片組，電平轉(zhuǎn)換芯片采用一片 MAX3232， GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后輸出CMOS電平形式的GPS信號(hào)；光電耦合芯片組 采用7片HCPL063L，其中一片將1PPS秒脈沖信號(hào)去除噪聲后輸出CM0S電平形式的1PPS信號(hào)， 其余6片將IMU脈沖信號(hào)(包括三個(gè)加速度計(jì)、三個(gè)陀螺儀輸出的共6路脈沖信號(hào))去除噪聲后 輸出CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)。所述的數(shù)據(jù)采集模塊2包括FPGA、配置芯片和撥碼開關(guān)，其中，F(xiàn)PGA包括時(shí)間同步模塊、 譯碼器、多路計(jì)數(shù)器、UART1、 UART2、 UART3、雙口RAM1、雙口RAM2、雙口RAM3，各部 分均通過(guò)VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)輸入模塊1輸出的CM0S電平形式的1PPS信號(hào)和撥碼開關(guān)確定的 開關(guān)量信號(hào)經(jīng)譯碼器譯碼得到的信號(hào)作為時(shí)間同步模塊的輸入信號(hào)，由時(shí)間同步模塊通過(guò)時(shí)間 同步方法得到IMU脈沖信號(hào)采集的采樣時(shí)鐘，該采樣對(duì)鐘決定IMU脈沖信^^采集的采樣頻率； FPGA通過(guò)UART1和多路計(jì)數(shù)器以及時(shí)間同步模塊完成GPS信號(hào)和IMU脈沖信號(hào)的同步采集；數(shù) 據(jù)輸入模塊1輸出的CM0S電平形式的GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)UART1串并轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于雙口 RAMI;多路計(jì)數(shù)器根據(jù)時(shí)間同步模塊輸出的采樣時(shí)鐘對(duì)IMU脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，并通過(guò)一路計(jì)數(shù)器 記錄IMU采樣次數(shù)，將IMU脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果(即IMU數(shù)據(jù))及IMU采樣次數(shù)存儲(chǔ)于雙口RAM2，然后送入U(xiǎn)ART2進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換；并輸出串行MU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)；雙口RAM3存儲(chǔ)導(dǎo)航解算 模塊送來(lái)的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)與導(dǎo)航解算結(jié)果，然后送入U(xiǎn)ART3進(jìn)行并串轉(zhuǎn) 換，并輸出串行IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)與導(dǎo)航解算結(jié)果。FPGA采用Xilinx公司的 XC3S400，配置芯片采用XCF02S。所述的導(dǎo)航解算模塊3包括DSP和Flash， DSP通過(guò)EMIF定時(shí)讀取數(shù)據(jù)采集模塊2中雙口 RAM1存儲(chǔ)的GPS數(shù)據(jù)和雙口RAM2存儲(chǔ)的IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)，讀取到IMU數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行捷 聯(lián)解算，讀取到GPS數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)GPS故障診斷方法對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，GPS數(shù)據(jù)可用則進(jìn)行 組合濾波和反饋校正，然后將IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)EMIF送 到數(shù)據(jù)采集模塊2的雙口RAM3和數(shù)據(jù)輸出模塊4中的網(wǎng)口；同時(shí)，上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊中的 HPI接口與DSP的HPI通信，獲取IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果；Flash保 存DSP運(yùn)行之程序。DSP采用TI公司TMS320C6713B系列產(chǎn)品，主頻選用300MHz。所述的數(shù)據(jù)輸出模塊4包括電平轉(zhuǎn)換芯片組、第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口，數(shù)據(jù) 采集模塊2中由UART2并串轉(zhuǎn)換后的串行IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片組進(jìn)行轉(zhuǎn) 換后經(jīng)第一 串口發(fā)送到上位機(jī)；數(shù)據(jù)采集模塊2中雙口RAM3接收來(lái)自導(dǎo)航解算模塊3的IMU數(shù) 據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果，由UART3串并轉(zhuǎn)換后通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行 轉(zhuǎn)換后經(jīng)第二串口發(fā)送到上位機(jī)來(lái)自導(dǎo)航解算模塊3中DSP的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS 數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)網(wǎng)口發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊4中的HPI接口訪問導(dǎo) 航解算模塊3中DSP內(nèi)部的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果；第一串口、 第二串口、網(wǎng)口發(fā)送的IMU數(shù)據(jù)、I而采樣次數(shù)和HP據(jù)口獲取的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)是相 同的，而且第二串口、網(wǎng)口發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果與HPI接口獲取的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo) 航解算結(jié)果也是相同的。并與第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控； 第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口實(shí)現(xiàn)輸出信息冗余。電平轉(zhuǎn)換芯片組由2片MAX3232和3 片MAX3488組成，第一串口、第二串口可以是RS232串口或RS422/485串口。由于GPS接收機(jī)故障或因干擾、機(jī)動(dòng)導(dǎo)致GPS信號(hào)失鎖時(shí)，GPS接收機(jī)輸出的GPS數(shù)據(jù)僅包 括少量信息(GPS數(shù)據(jù)不完整)，與GPS接收機(jī)無(wú)故障而GPS信號(hào)完好時(shí)(GPS數(shù)據(jù)完整)的數(shù)據(jù) 量大為減少，此時(shí)的信息告知用戶當(dāng)前GPS數(shù)據(jù)不可用?；谇笆鲂畔?，采用以下的GPS故障診 斷方法對(duì)GPS故障進(jìn)行診斷在數(shù)據(jù)采集模塊2內(nèi)由FPGA內(nèi)通過(guò)VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的比較器對(duì)存儲(chǔ) 于雙口RAM1的GPS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量進(jìn)行判斷，當(dāng)GPS數(shù)據(jù)量與GPS信號(hào)完好時(shí)的GPS數(shù)據(jù)量相同 時(shí)允許導(dǎo)航解算模塊3中的DSP訪問數(shù)據(jù)采集模塊2中雙口RAM1存儲(chǔ)的GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)GPS數(shù)據(jù)量 小于GPS信號(hào)完好時(shí)的GPS數(shù)據(jù)量時(shí)，不允許DSP訪問，DSP獲取的GPS數(shù)據(jù)中的協(xié)調(diào)世界時(shí)不 變；同時(shí)獲取GPS數(shù)據(jù)中給出的判斷GPS數(shù)據(jù)是否可用的信息,據(jù)此信息對(duì)GPS數(shù)據(jù)的可用性進(jìn)10行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到協(xié)調(diào)世界時(shí)沒有變化或協(xié)調(diào)世界時(shí)雖有變化，但GPS數(shù)據(jù)不可用時(shí)，檢測(cè)出 GPS故障。輸出信息冗余的實(shí)現(xiàn)方法為在IMU脈沖信號(hào)采集的同時(shí)，通過(guò)多路計(jì)數(shù)器中的一路記錄 IMU脈沖信號(hào)采樣次數(shù)，數(shù)據(jù)輸出模塊4中第一串口輸出IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)，第二串口和 網(wǎng)口均輸出GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果以及第一串口輸出的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)，上位機(jī)通過(guò) HP諧口直接訪問DSP內(nèi)部的MU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果，第一串口、 第二串口、網(wǎng)口輸出的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)和HPI接口獲取的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)是相 同的，而且第二串口、網(wǎng)口輸出的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果與HPI接口獲取的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo) 航解算結(jié)果也是相同的，實(shí)現(xiàn)輸出信息中IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)的四重冗余，GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航 解算結(jié)果的兩重冗余，而且通過(guò)IMU采樣次數(shù)而得到一一對(duì)應(yīng)，并與GPS數(shù)據(jù)中的協(xié)調(diào)世界時(shí)對(duì) 應(yīng)；該方法為事后處理提供冗余信息和嚴(yán)格的同步依據(jù)。實(shí)時(shí)監(jiān)控方法為通過(guò)第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HP諧口與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信，通過(guò)上位 機(jī)的接收顯示軟件對(duì)輸出的導(dǎo)航信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)誤時(shí)以便進(jìn)行及時(shí)的 相關(guān)處理。如圖2所示，本發(fā)明所采用的時(shí)間同步方法為采用GPS接收機(jī)的1PPS秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)時(shí) 鐘信號(hào)，對(duì)其二分頻得到占空比為1:1的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘I，根據(jù)GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)帶寬的不同作如 下處理帶寬為lHz時(shí)，以時(shí)鐘I的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)(決 定采樣頻率)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;帶寬為2Hz時(shí)，將時(shí)鐘I進(jìn) 行2倍頻得到占空比為l:l的時(shí)鐘n，然后以時(shí)鐘II的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼 得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;帶寬為4Hz時(shí)，將時(shí)鐘I進(jìn)行4倍頻得到占空比為i:i的時(shí)鐘m，然后以時(shí)鐘m的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí)鐘Ts;帶寬為2nHz時(shí)，n為大于2的正 整數(shù)，將時(shí)鐘I進(jìn)行2n倍頻得到占空比為l:l的時(shí)鐘n，然后以時(shí)鐘n的高電平和低電平為門限， 并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘CLK分頻生成IMU數(shù)據(jù)釆集的采樣時(shí)鐘Ts;采樣時(shí)鐘 Ts前沿與lPPS脈沖前沿對(duì)齊，完成GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)的時(shí)間同步。如圖3所示，本發(fā)明的工作流程為首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊的撥碼開關(guān)選擇IMU脈沖信號(hào)的 采樣時(shí)鐘，開始采集經(jīng)數(shù)據(jù)輸入模塊輸出的CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)和GPS信號(hào)，每完成 一次采集便觸發(fā)導(dǎo)航解算模塊中DSP外部中斷，DSP通過(guò)響應(yīng)該中斷來(lái)讀取數(shù)據(jù)采集模塊中 FPGA采集的IMU數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)，導(dǎo)航解算模塊開始初始對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后，在導(dǎo)航解算模塊 中的DSP內(nèi)對(duì)接收到的IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果IMU數(shù)據(jù)不是與GPS數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)，則只進(jìn)行 捷聯(lián)解算，如果為同步數(shù)據(jù)，除進(jìn)行捷聯(lián)解算外，,.還將解算結(jié)果暫存手DSP的內(nèi)存空間，DSP接收GPS數(shù)據(jù)是在1PPS后固定時(shí)刻進(jìn)行，如果GPS數(shù)據(jù)可用則調(diào)用DSP內(nèi)存空間存儲(chǔ)的捷聯(lián)解算 結(jié)果，通過(guò)卡爾曼濾波估計(jì)出導(dǎo)航參數(shù)的誤差，并作修正，從而由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出高精度的 導(dǎo)航信息，如果GPS數(shù)據(jù)不可用，則不做卡爾曼濾波，由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出捷聯(lián)解算結(jié)果，直到 工作結(jié)束。本發(fā)明說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，由數(shù)據(jù)輸入模塊(1)、數(shù)據(jù)采集模塊(2)、導(dǎo)航解算模塊(3)和數(shù)據(jù)輸出模塊(4)組成，其特征在于所述的數(shù)據(jù)輸入模塊(1)包括電平轉(zhuǎn)換芯片和光電耦合芯片組，1PPS秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合芯片組去除噪聲后輸出CMOS電平形式的1PPS信號(hào)；GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后輸出CMOS電平形式的GPS信號(hào)，IMU脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合芯片組去除噪聲后輸出CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)；所述的數(shù)據(jù)采集模塊(2)包括FPGA、配置芯片和撥碼開關(guān)，其中FPGA包括時(shí)間同步模塊、譯碼器、多路計(jì)數(shù)器、UART1、UART2、UART3、雙口RAM1、雙口RAM2、雙口RAM3；數(shù)據(jù)輸入模塊(1)輸出的CMOS電平形式的1PPS信號(hào)和撥碼開關(guān)確定的開關(guān)量信號(hào)經(jīng)譯碼器譯碼得到的信號(hào)作為時(shí)間同步模塊的輸入信號(hào)，時(shí)間同步模塊通過(guò)時(shí)間同步方法得到IMU脈沖信號(hào)采集的采樣時(shí)鐘，F(xiàn)PGA通過(guò)UART1和多路計(jì)數(shù)器以及時(shí)間同步模塊完成GPS信號(hào)和IMU脈沖信號(hào)的同步采集；數(shù)據(jù)輸入模塊(1)輸出的CMOS電平形式的GPS信號(hào)經(jīng)過(guò)UART1串并轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于雙口RAM1；多路計(jì)數(shù)器根據(jù)時(shí)間同步模塊輸出的采樣時(shí)鐘對(duì)CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，并記錄IMU采樣次數(shù)，將IMU脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果及IMU采樣次數(shù)存儲(chǔ)于雙口RAM2，然后送入U(xiǎn)ART2進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，輸出串行IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)；雙口RAM3接收導(dǎo)航解算模塊(3)輸出的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)與導(dǎo)航解算結(jié)果，然后送入U(xiǎn)ART3進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，輸出串行IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)與導(dǎo)航解算結(jié)果；所述的導(dǎo)航解算模塊(3)包括DSP和Flash，DSP通過(guò)EMIF定時(shí)讀取數(shù)據(jù)采集模塊(2)中雙口RAM1存儲(chǔ)的GPS數(shù)據(jù)和雙口RAM2存儲(chǔ)的IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)，讀取到IMU數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行捷聯(lián)解算，讀取到GPS數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)GPS故障診斷方法對(duì)GPS數(shù)據(jù)的可用性進(jìn)行判斷，若可用則進(jìn)行組合濾波和反饋校正，然后將IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)EMIF送到數(shù)據(jù)采集模塊(2)的雙口RAM3和數(shù)據(jù)輸出模塊(4)中的網(wǎng)口。所述的數(shù)據(jù)輸出模塊(4)包括電平轉(zhuǎn)換芯片組、第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口，數(shù)據(jù)采集模塊(2)中由UART2并串轉(zhuǎn)換后的串行IMU數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片組進(jìn)行轉(zhuǎn)換后經(jīng)第一串口發(fā)送到上位機(jī)；數(shù)據(jù)采集模塊(2)中由UART3串并轉(zhuǎn)換后的串行IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換后經(jīng)第二串口發(fā)送到上位機(jī)；來(lái)自導(dǎo)航解算模塊(3)中DSP的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果通過(guò)網(wǎng)口發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊(4)中的HPI接口訪問導(dǎo)航解算模塊(3)中DSP內(nèi)部的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果，并與第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；第一串口、第二串口、網(wǎng)口和HPI接口實(shí)現(xiàn)輸出信息冗余。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的時(shí)間同 步方法為采用GPS接收機(jī)的1PPS秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)其二分頻得到占空比為l:l的 時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘I，根據(jù)GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)帶寬的不同作如下處理帶寬為lHz時(shí)，以時(shí)鐘I的高電 平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻生成IMU數(shù)據(jù)采集的采樣時(shí) 鐘；帶寬為2nHz時(shí)，n為正整數(shù)，將時(shí)鐘I進(jìn)行2n倍頻得到占空比為l:l的時(shí)鐘n，然后以時(shí)鐘n 的高電平和低電平為門限，并依據(jù)譯碼器譯碼得到的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻生成IMU數(shù)據(jù)采集的 采樣時(shí)鐘；采樣時(shí)鐘前沿與1PPS脈沖前沿對(duì)齊，完成GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)的時(shí)間同步。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的GPS故 障診斷方法為在數(shù)據(jù)采集模塊(2)中通過(guò)比較器對(duì)存儲(chǔ)于雙口RAM1的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng) GPS數(shù)據(jù)完整時(shí)允許導(dǎo)航解算模塊(3)中的DSP訪問數(shù)據(jù)采集模塊(2)中雙口RAM1存儲(chǔ)的GPS 數(shù)據(jù)，當(dāng)GPS數(shù)據(jù)由于GPS接收機(jī)故障或因干擾、機(jī)動(dòng)導(dǎo)致失鎖而不完整時(shí)，不允許DSP訪問， DSP獲取的GPS數(shù)據(jù)中的協(xié)調(diào)世界時(shí)不變，同時(shí)對(duì)GPS數(shù)據(jù)的可用性進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到協(xié)調(diào)世 界時(shí)沒有變化或協(xié)調(diào)世界時(shí)雖有變化，但GPS數(shù)據(jù)不可用時(shí)，檢測(cè)出GPS故障。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其特征在于所述第一串口、 第二串口、網(wǎng)口和HP據(jù)口實(shí)現(xiàn)輸出信息冗余的方法為數(shù)據(jù)輸出模塊(4)中第一串口輸出IMU 數(shù)據(jù)和IMU采樣次數(shù)，第二串口和網(wǎng)口均輸出GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果以及第一串口輸出的IMU 數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)，上位機(jī)通過(guò)HP據(jù)口直接訪問DSP內(nèi)部的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)、GPS 數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果，第一串口、第二串口、網(wǎng)口輸出的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)和HPI接口獲 取的IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)相同，第二串口、網(wǎng)口輸出的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果與HPI接 口獲取的GPS數(shù)據(jù)以及導(dǎo)航解算結(jié)果相同，實(shí)現(xiàn)輸出信息中IMU數(shù)據(jù)、IMU采樣次數(shù)的四重冗余， GPS數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算結(jié)果的兩重兀余，通過(guò)IMU采樣次數(shù)得到一一對(duì)應(yīng)，并與GPS數(shù)據(jù)中的協(xié)調(diào) 世界時(shí)對(duì)應(yīng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，其特征在于工作流程為 首先通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊(2)的撥碼開關(guān)選擇IMU脈沖信號(hào)的采樣時(shí)鐘，F(xiàn)PGA開始采集經(jīng)數(shù)據(jù)輸入 模塊(l)輸出的CMOS電平形式的IMU脈沖信號(hào)和GPS信號(hào)，每完成一次采集iE觸發(fā)導(dǎo)航解算模塊 (3沖DSP的外部中斷，DSP通過(guò)響應(yīng)該中斷來(lái)讀取數(shù)據(jù)采集模塊(2)中FPGA采集的IMU數(shù)據(jù)和 GPS數(shù)據(jù)，導(dǎo)航解算模塊(3)開始初始對(duì)準(zhǔn)；對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后，在導(dǎo)航解算模塊(3)中DSP內(nèi)對(duì)接收到 的IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果IMU數(shù)據(jù)不是與GPS數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)，則只進(jìn)行捷聯(lián)解算，如果為同 步數(shù)據(jù)，除進(jìn)行捷聯(lián)解算外，還將解算結(jié)果暫存于DSP的內(nèi)存空伺，DSP接收GPS數(shù)據(jù)是在1PPS后固定時(shí)刻進(jìn)行，如果GPS數(shù)據(jù)可用則調(diào)用DSP內(nèi)存空間存儲(chǔ)的捷聯(lián)解算結(jié)果，通過(guò)卡爾曼濾波 估計(jì)出導(dǎo)航參數(shù)的誤差，并作修正，由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出導(dǎo)航信息，如果GPS數(shù)據(jù)不可用，則不 做卡爾曼濾波，由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出捷聯(lián)解算結(jié)果，直到工作結(jié)束。
全文摘要
一種基于DSP和FPGA的組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，由數(shù)據(jù)輸入模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、導(dǎo)航解算模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊組成，用于GPS和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組合導(dǎo)航。數(shù)據(jù)輸入模塊實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采集模塊利用FPGA實(shí)現(xiàn)IMU脈沖信號(hào)與GPS信號(hào)的同步采集，導(dǎo)航解算模塊通過(guò)高速浮點(diǎn)型DSP的外部存儲(chǔ)器接口并行讀取數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，完成慣性/GPS的實(shí)時(shí)組合導(dǎo)航，導(dǎo)航結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊輸出，并且輸出信息具有多重冗余的特點(diǎn)。該導(dǎo)航計(jì)算機(jī)集成度高，體積小，重量輕，功耗低，實(shí)時(shí)性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)升級(jí)方便，可廣泛應(yīng)用于航空飛行器、艦船、地面車輛等運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航。
文檔編號(hào)G01C21/00GK101261129SQ200810100828
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者偉 全, 帆 徐, 房建成, 李金濤 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)