基于SOPC的微小型组合导航计算机的设计研究-导航、制导与控制专业论文.docx

哈尔滨工程大学硕士学位论文基于SOPC的微小型组合导航计算机的设计研究姓名:孟祥臣申请学位级别:硕士专业:导航、制导与控制指导教师:钱华明201103基于SOPC的微小型组合导航计算机的设计研究摘 要组合导航系统能充分发挥各子导航系统的优点,并弥补其不足,成为导航技术发展的方向之~。目前,随着MEMS技术的发展,以MEMS惯性元件为核心,辅以GPS和EC的微小型组合导航系统又成为当下的研究热点。其中,导航计算机是组合导航系统的核心设备之一,它始终朝着小体积、低功耗、高性能的方向发展,对构建高精度、高可靠性的组合导航系统有重大意义。因此,本文以车载组合导航系统的应用为背景,依据导航计算机的发展趋势,设计了基于SOPC的微小型组合导航计算机系统。首先,分析了微捷联惯导系统、GPS和EC单独导航的优点和不足,研究了捷联惯导、联邦卡尔曼滤波器等基本理论,给出了MSINS/GPS/EC组合导航系统的组合方式和滤波方案,阐述了Altera公司SOPC的工作原理、技术手段和操作流程,给出了基于SOPC的微小型组合导航计算机的软硬件总体框架。充分研究了双NiosⅡ处理器的启动方法和通信方式,并进行了验证和对比,成功的实现了双NiosII处理器系统,构建了片上分布式导航计算机,双处理器分工协作,提高了系统的控制能力和数据处理能力。为提高导航算法中三角函数的执行速度,研究了Cordic算法的基本原理,实现了基于FPGA的32位流水线结构的Cordic算法,将求解三角函数的效率提高了200倍,缩短了导航算法的执行周期,提高了导航计算机的实时性。最后,在ue/,依据导航算法的基本原理,实现了各子传感器数据采集、多点测量求解航向角、GPS坐标转换和捷联解算等导航算法,给出了各子导航系统的误差模型和联邦滤波器中子滤波器的系统方程。本文所设计的微小型组合导航计算机达到了预定的目标,并已经成功的应用于“自主导航式智能小车"中,具有一定的工程意义,为导航计算机的进一步开发和研究打下了基础。关键词:微小型组合导航系统;导航计算机;片上可编程系统;双NiosII处理器;坐标旋转数字计算机基于SOPC的微小型组合导航计算机的设计研究ABSTRACTNavigationsystemcallgivefullplaytotheadvantagesofthesub—navigationsystem,,along、析也thedevelopmentofMEMStechnology,microsmallintegratednavigationsystem,plementary谢也GPSandEC,,puteristhecoreequipmentofintegratednavigationsystem;itisalwaystowardthesmallsize,lowpowerandhi曲performancedirection,,puter,,analyzedtheadvantagesanddisadvantageswhenMSINS,GPSandECworksindividually,studiedtheelementarytheoryofSINS,KahnanfilterandSOon,binationwayandthefilterplanofMSINS/GPS/ECintegratednavigationsystem,elaboratedtheworkprinciple,technicalmethodsandoperationflowofAlteraCorporationSOPC,andgavethehardwareandsoftware’,accordingtotherequirementsformicrosmallintegratednavigationsystem,designedpowercircuit,configurationcircuitandSDRAMcircuitofsmallestsystemboardbasedonEP3C40Q240thatbelongstoCycloneIIIfamilychips,thebo