本文選題：姿態(tài)解算 + MEMS慣性器件�。� 參考：《長沙理工大學》2015年碩士論文

【摘要】：目前的姿態(tài)測量系統(tǒng)中的姿態(tài)解算大部分基本上是使用單片機、ARM、DSP、或者FPGA里的軟核處理器及硬核處理器等來實現(xiàn),在處理的速度上受到一定的限制,一些處理過程不能同時進行,影響到姿態(tài)解算的速度。本文主要對姿態(tài)解算的全數(shù)字邏輯實現(xiàn)方式進行了研究,提出了一種利用FPGA來進行姿態(tài)解算的實現(xiàn)方案,希望可以提高姿態(tài)解算的處理速度及數(shù)據(jù)的可靠性。本設(shè)計利用FPGA的硬件結(jié)構(gòu),實現(xiàn)并行和流水線等結(jié)構(gòu);根據(jù)FPGA的數(shù)字邏輯特性,選擇了比較合適的姿態(tài)解算實現(xiàn)方式。主要包括:傳感器數(shù)據(jù)采集電路部分、信息融合部分、姿態(tài)解算部分、上位機通信等部分。通過對比互補濾波和卡爾曼濾波兩種數(shù)據(jù)融合方法的優(yōu)缺點,并根據(jù)FPGA的數(shù)字邏輯的特點選擇了互補濾波的濾波方法;采用流水線的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)CORDIC算法,提高了計算速度;確定了使用四元數(shù)來實現(xiàn)姿態(tài)解算,提高了解算的準確性和開發(fā)效率;結(jié)合互補濾波算法和四元數(shù)法對傳感器數(shù)據(jù)進行了處理并實現(xiàn)FPGA與上位機通信。通過邏輯分析儀和串口調(diào)試助手等工具對設(shè)計的正確性進行了驗證、測試,結(jié)果表明本設(shè)計能基本完成姿態(tài)解算的目標,有一定的理論和實踐價值。
[Abstract]:Most of the attitude resolution in the present attitude measurement system is realized by using single chip microcomputer (SCM) DSP, or soft core processor and hard core processor in FPGA. The processing speed is limited, and some processing processes cannot be carried out at the same time. Affects the speed of attitude resolution. In this paper, the full digital logic implementation of attitude resolution is studied, and a scheme of attitude resolution using FPGA is proposed. It is hoped that the processing speed of attitude resolution and the reliability of the data can be improved. The hardware structure of FPGA is used to realize parallel and pipelined structure, and according to the digital logic characteristic of FPGA, a more suitable way of attitude calculation is selected. It mainly includes: sensor data acquisition circuit, information fusion, attitude calculation, host computer communication and so on. By comparing the advantages and disadvantages of two data fusion methods, complementary filtering and Kalman filtering, and according to the characteristics of digital logic of FPGA, the filtering method of complementary filtering is selected, the pipeline structure is used to realize CORDIC algorithm, and the calculation speed is improved. It is determined to use quaternion to realize attitude calculation, to improve the accuracy and development efficiency of the solution, to process the sensor data with complementary filtering algorithm and quaternion method, and to realize the communication between FPGA and host computer. The correctness of the design is verified by means of logic analyzer and serial port debugging assistant. The results show that the design can basically accomplish the goal of attitude calculation and has certain theoretical and practical value.
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN791;TH-39;TP212

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本文編號：1837300