三轴一体光纤陀螺定位定向系统的导航计算机设计

针对三轴一体光纤陀螺定位定向系统的设计要求,提出了基于DSP和FPGA导航计算机设计方案。主要从硬件设计和软件设计对导航计算机进行了介绍,硬件设计主要讲述导航计算机的设计原理以及DSP和FPGA芯片的选型;软件设计主要阐述了FPGA和DSP各自完成的功能,并对FPGA数据采集及处理以及导航计算机与控制显示器之间的通信进行了说明。经过系统的静态寻北试验及跑车试验验证,设计的导航计算机可满足系统的各项要求。     

随钻测斜用微小型导航计算机系统设计与实现

为了满足随钻测斜仪器在油气井中恶劣环境下的测量要求,本文提出了一种以数字信号控制器（DSC）和FPGA组成的双CPU导航计算机方案。该系统由DSC（dsPIC30F6014A）作为核心处理器完成导航计算和滤波算法;由FPGA完成对IMU（惯性测量单元）数据的采集控制及传输等功能。DSC与FPGA之间通过串口传输,最终导航结果由DSC输出给外部控制设备。该系统很好的满足了随钻测斜仪的性能尺寸要求,试验验证结果表明倾斜角、方位角、和工具面角均达到了预期精度指标。     

一种基于改进Kalman滤波的 视觉/惯性组合导航算法

提出了一种基于改进Kalman滤波的视觉/惯性直接组合导航算法,首先分析了相关坐标系的定义和敏感器的误差模型,然后分别构建了姿态滤波方程和位置滤波方程,接着对滤波方程进行离散化处理以便在计算机中实现运算,最后采用该方法进行了仿真验证,结果表明系统在不同情况下进行组合导航都能够满足任务要求。     

FPGA在导航设备自动检测系统中的应用

对导航设备的自动检测,提高检测、维修技术的精度和质量是实现飞机现代化维修手段的发展方向.本文根据导航设备自动检测系统的功能要求,提出用FPGA实现检测功能模块的设计,并应用FPGA实现了导航设备自动检测系统的通信连接.     

基于标量化处理的协同航弹高精度导航系统

针对协同航弹应用项目提出的低成本、高精度等硬性需求，设计了以紧组合为组合方式的高精度组合导航系统，且对导航系统运算进行了标量化处理，大幅提升了协同航弹的系统性能。导航系统主要由以卫星接收机输出的伪距、伪距率为量测量的紧组合导航构成，与捷联惯导构成反馈校正，可在不同卫星环境下达到较高的导航精度。但由于高精度导航系统算法复杂，滤波器中矩阵需进行迭代运算，因此极大影响了系统的运算效率。为提高系统运算速度和提升系统性能，将方程中量测矩阵进行拆分，并对运算中的稀疏矩阵进行标量化处理。该方法省略了算法运算中大量的乘法运算和加法运算，将运算时长缩短至原来的17.9%。最后对此系统进行了外场航弹飞行试验，结果表明所设计的系统的导航定位精度较高，完全满足项目导航需求。     

捷联惯性导航计算机小型化设计

为满足捷联惯性导航计算机的小型化和实时性要求,本文设计了一种使用基于SoC技术设计的A2F500芯片为硬件平台的实现方案。新型的导航计算机与传统的以DSP+FPGA为架构的导航计算机相比,有效地减小了体积,降低了功耗和成本,提高了系统的可靠性,达到了预期的目标,对导航计算机的进一步小型化具有重要意义。     

基于VC++和CVI的光纤陀螺测斜仪自动化标定与测试系统

针对光纤陀螺测斜仪的标定和导航精度测试,设计了一种自动化标定与测试系统.该系统利用高精度转台作为运动控制设备,数据采集盒以FPGA和DSP作为硬件核心,标定软件采用VC++作为开发平台,转台控制软件采用LabWinows/CVI作为开发平台,两个软件之间通过基于以太网的UDP协议进行通信.通过测试表明,该系统有效降低了人为因素引入的标定参数误差,提高了导航精度,并缩短了标定与精度验证的时间.     

平台惯性导航位置更新中的改进算法研究

平台惯导系统由于其精度高的优势,在成熟的军用武器和航天设备中仍占有较高比重。导航计算机的运算能力是影响平台惯导实时性和精度的重要因素。本文对比分析了单、双精度浮点处理器计算特性,研究了其对平台惯导导航计算精度的影响;在此基础上,为提高单精度浮点处理器下平台惯性导航精度,提出了将经纬度分解成全量、大量、小量进行运算的改进计算精度的方法,从导航计算原理角度推导了导航计算中经、纬度的改进计算方法。仿真结果表明：改进后的平台惯导计算算法在单精度浮点处理器下,可以在保证运算实时性的同时,有效提高平台惯导精度,水平定位精度提高两个数量级。     

高性能DSP在1553B总线中的设计与实现

为了提高数据采集效率,以高性能DSP芯片为基础,设计了以高性能DSP芯片为处理核心的1553B总线系统.在硬件系统中采用了TI公司的高性能定点运算信号处理器TMS320F2812以及DDC公司的61864协议处理器,同时采用了FPGA作为逻辑控制电路.电路设计方案用于1553总线接口适配的研制,现已通过验收并经测试证明运行稳定可靠.     

基于双DSP的惯性导航计算机平台设计

为满足某战车用定位定向装置向其核心部件———惯性导航计算机提出的强实时、高精度的定位和导航信息处理要求,介绍了一种采用双DSP＋FPGA的嵌入式计算机平台设计方法。从硬件设计、可编程逻辑设计、软件设计三个方面详细说明基于双TMS320 C6713 B＋FPGA的惯性导航系统计算机平台的实现。针对正交方波、正负脉冲、同步方波等惯导信号的特点展开硬件和可编程逻辑设计。从而满足了系统要求,对同类产品的工程设计具有一定的参考价值。     

Design and Development of a Real-Time DSP and FPGA-Based Integrated GPS-INS System for Compact and Low Power Applications

Emphasis of the present work is on an elegant real-time solution for GPS/INS integration. Micro-electro mechanical system (MEMS) based inertial sensors are light but not accurate enough for inertial navigation system (INS) applications. An integrated INS/GPS system provides better accuracy compared with either INS or GPS, used individually. This paper describes an improved design and fabrication of a loosely coupled INS-GPS integrated system. The systems currently available use commercial off-the-shelf (COTS) hardware and are, therefore, not optimized for compact, single supply, and low power requirements. In the proposed system, a digital signal processor (DSP) is used for inertial navigation solution and Kalman filter computations. A field programmable gate array (FPGA) is used for creating an efficient interface of the GPS with the DSP. Direct serial interface of the GPS involve tedious processing overhead on the navigation processor. Therefore, a universal asynchronous receiver transmitter (UART) and dual port random axis memory (DPRAM) are created on the FPGA itself. This also reduces the total chip count, resulting in a compact system. The system is designed to give real time processed navigation solutions with an update rate of 100 Hz. All the details of this work are presented.     

用于定位导航授时微终端的SoC系统设计

为了解决遮挡情况下的实时定位问题，美国提出了Micro-PNT方案，我国也提出了定位导航授时微终端(Micro Positioning Navigation and Timing Terminal，MPNTT)方案。定位导航授时微终端集成了卫星导航系统、微惯性测量单元、微型原子钟及处理器系统，可为终端用户提供精确可用、完好及时、连续安全的定位导航服务。介绍了一种用于定位导航授时微终端的SoC系统设计，其包括了基于SoC FPGA的硬件设计和基于GNSS/MIMU的组合导航滤波算法。SoC系统集成了FLASH、SSRAM等存储芯片，通过RS422、RS232、CAN等通信接口接收GNSS、MIMU及外源传感器信息，并在ARM核中完成组合导航算法，以得到导航结果。SoC芯片单片实现了ARM与FPGA的功能，系统集成面积满足小型化需求，为后续移植为ASIC芯片提供了基础。对组合导航滤波算法进行嵌入式软件移植并测试，结果表明：SoC系统单次惯导解算时间为7ms，实测与仿真输出的导航位置差距在0.05m以内，俯仰角差和横滚角差在0.005°以内，航向角差在0.05°以内。本文设计的SoC系统高精度、集成化、可扩展，满足了微终端的要求。     

高精度导航计算机实现技术研究

惯性导航系统是一种自主式导航系统,其核心部件是导航计算机。介绍了导航计算机实现的技术原理;分析了导航计算机实现的关键技术,包括高精度浮点处理技术、导航传感器功能集成技术、高精度导航技术、智能接口技术和集成化的软件开发调试环境;针对惯性导航系统对精度和实时性的要求,提出了一种高精度导航计算机的设计方案,其实现技术先进,具有广泛的应用前景。     

一种多核实时图像处理模块设计与实现

实时图像处理能力是嵌入式系统中影响系统性能的核心因素.为充分挖掘多核DSP性能,从计算机系统结构的角度出发,开展对多核DSP实时图像处理体系结构的研究,设计了一种基于TMS320 C6678的实时图像处理模块.采用FPGA进行实时图像的采集和缓存,利用四线RapidIO高速接口完成FPGA与DSP之间的数据传输,并设计了四级图像缓冲流水处理结构,实现了图像采集、缓存、处理和发送的并行进行.设计了一套基于数据块共享的实时图像处理多核协同处理机制,可以充分利用C6678八个核的优势,实现对图像的实时处理.     

捷联惯性导航计算机综合测试平台的硬件设计与实现

导航计算机的功能及性能验证一般需要基于实际的惯性传感器来进行联调测试。为了便于导航计算机在实验室快速地开展性能验证工作,设计了一种面向捷联惯导革统算法及性能验证的惯性多传感器信息模拟综合测试平台。平台基于PCI 总线的PC/FPGA 的架构方案,对传感器信息进行硬件仿真,实现了多路、多类型惯性器件实时、同步输出。通过与真实导航计算机连接,测试验证了此半实物仿真测试平台信号输出的有效性。     

基于FPGA的自适应阵列协方差矩阵特征分解的实现

卫星导航抗干扰的过程中，对空间信号波达方向估计、干扰个数检测、最优权矢量的求解直接影响着导航接收机的抗干扰性能，而协方差矩阵的特征分解是这些算法实现的核心部分。根据自适应阵列天线获得的协方差矩阵的特性，基于双边并行Jacobi算法，实现了基于FPGA的协方差矩阵特征值和特征向量的求解，并通过在信号波达方向估计的应用进行了验证。另外，在实现的过程中对直接调用CORDIC IP核的方式进行了精度误差分析，并用一种双精度浮点的方式进行修正，提高了矩阵特征分解FPGA的实现精度，为导航抗干扰接收机性能的提升提供了有效的工程基础。     

光学测量中心站远程监控系统实现

为了在执行航天任务时,远程控制数台光学测量设备对飞弹轨道的精密测量,设计了光学测量设备远程控制中心站。远程控制中心站的硬件系统完成计算机与各外置板卡间的通信,计算机使用带中断支持功能的I/O卡连接B码时统设备辨识出硬件信号;而软件系统则使用核心框架与业务逻辑层分离的方法进行设计。其中,核心框架层完成与所有接入系统的硬件传感器的通信及Windows内核级对象管理功能、中断服务功能、数据文件存储功能,核心框架只有很少的界面;业务逻辑层完成界面展现与数据处理功能,是具体的项目逻辑部分。核心框架与业务逻辑之间使用公用缓冲区与消息机制进行通信,这样,一旦软件系统的核心框架层调试完成后,将可用于更多相似的工程项目。通过分析,光学测量设备远程控制中心站可以实现全自动无人值守。