發(fā)布時間：2020-05-30 22:59

【摘要】：目前,船用慣導系統正處在重要的歷史變革時期,開展船用高精度光纖羅經系統的相關技術研究,實現具有工程實用價值的導航計算機系統設計,具有重要的現實意義。隨著導航技術的快速發(fā)展,對導航系統信息處理的核心——導航計算機提出了更高的要求,本文在分析國內外導航計算機研究現狀的基礎上,設計了基于DSP和FPGA導航計算機總體方案,利用DSP強大的數字運算處理能力來完成捷聯慣導的導航解算,而FPGA主要負責信號的采集以及與上位機通信等工作。本課題選用Xilinx FPGA、TI高性能TMS320C6748 DSP以及慣性傳感器(光纖陀螺、石英撓性加速度計),設計并實現了一種能夠用于海上導航的光纖羅經系統。具體內容包括:(1)完成光纖羅經導航系統總體方案設計。針對導航計算機的處理能力、功耗、體積等要求,并根據實際工程的需求,本文以TMS320C6748型DSP和Spartan-6型FPGA為主器件,輔以外圍芯片,設計了導航計算機系統的硬件電路平臺。其中DSP專注于導航解算,FPGA完成數據采集,數據處理以及通信等功能。(2)根據搭建完成的硬件,完成導航計算機的軟件設計。分別完成對陀螺、加速度計采樣,完成對溫度的采樣。針對該導航計算機系統多路輸入信號的特點,利用FPGA分別設計了不同的處理方式,并將處理后的數據通過數據總線傳遞給DSP進行導航解算,利用SYS/BIOS操作系統完成DSP的驅動設計以及二級BOOT設計。(3)光纖羅經系統的自對準算法分析。首先對羅經回路、羅經參數選擇進行推導,然后完成了捷聯光纖羅經對準的設計。(4)對光纖羅經導航計算機系統進行試驗驗證。首先對慣性測量單元進行誤差補償,然后通過三軸轉臺試驗和海上航行試驗驗證系統的穩(wěn)定性和可靠性。結果表明設計的基于FPGA和DSP的光纖羅經導航計算機平臺性能良好,能夠滿足光纖陀螺羅經導航系統的高性能、低功耗的需求。經試驗驗證,光纖羅經靜態(tài)航向對準精度≤0.06°,動態(tài)航向對準精度≤0.11°。
【圖文】：

第 1 章 緒論、低功耗、小體積以及多通信接口等要求，從而使其不能適P 和單片機的導航計算機。基于 ARM 或 DSP 單一處理器的導簡單，而且實現比較方便，但此類導航計算機不能滿足導航度、低功耗以及多數據通信接口等方面不是十分理想。為適以“數字信號處理器+微控制器”結構的導航計算機開始出以 DSP 為核心處理器，主要負責導航解算，而單片機作為主要工作就是進行數據采集和與外設通信。聲光技術研究所設計了一種基于 DSP 和 AVR 單片機的主從式SP 主要完成數據處理和導航算法的運算，AVR 單片機主要能，兩種 CPU 各自充分發(fā)揮自己的特點，協同工作，出色，其組成框圖圖圖 1.2 所示。該計算機所選用的 DSP 芯片是 T螺捷聯制導系統，。

第 2 章 系統總體構成及計算機硬件設計了能夠實時完成海上艦船的導航，本課題設計了一款穩(wěn)定可靠的嵌入式導航計算現導航信息采集與解算，下面將詳細介紹系統的總體構成和計算機硬件電路設計統總體構成課題所設計的光纖陀螺羅經系統主要由慣性傳感器（3 只光纖陀螺和 3 只石英撓度計），主控嵌入式導航計算機、GPS 接收機、顯控、對外接口及電源模塊等組統結構如圖 2.1 所示。螺采用實驗室生產加工的光纖陀螺，加速度計采用的是北京航天時代的石英撓性計，其精度高、啟動快、以電流形式輸出、環(huán)境適應性好。GPS 接收機采用 Trimbl BD930 模塊，其定位精度高。顯控采用的是 Sperry Marine 公司 NAVIGAT 210經的顯控。主控導航計算機主要由 FPGA 和 DSP 組成，數據采集系統由 FPGA感器數據的采集，高速度的 DSP 芯片主要負責導航濾波解算，，兩者之間通過 進行數據通信。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U666.12

【參考文獻】

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本文編號：2688860