基于ARM和DSP的组合导航系统设计.pdf

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匿翌固姿銎竺蔓篓篓：当；基于ARM和DSP的组合导航系统设计业生曲从善，许化龙，谭营ARMSystemDesignofIntegratedNaVigationBasedandDSP引言SINS／GPS组合方案设计中华测控网(第二炮兵工程学院，陕西西安710025)Qu基于ARM核的32位RISC微处理器在监视控制、人机接口方面的功能非常完善，数字信号处理器(DSP)对各种数字信号或数据处理的能力十分强大。因此，许多嵌入式实时应用系统采用ARM+DSP的结构组合来充分发挥两种处理器的优势[1]，从每个处理器中获得最大益处，以获得更高性能。在组合导航系统中，DSP作为导航解算计算机，负责导航数据的快速的融合与解算处理；ARM作为上位机的处理器，负责导航系统的任务管理、输入输出接口控制等功能，甚至运行嵌入式实时操作系统以完成更加复杂的功能。光纤陀螺(FOG)是一种新型高精度的全固态惯性仪表。与机械陀螺相比，光纤陀螺无运动部件和磨损部件，寿命长，重量轻，体积小。在成本相当的情况下，动态范围更大，精度相对较高[2]。GPS能提供24h、全球、全天候的高精度测量定位服务，其不足之处在于自主性和可靠性差，易受干扰，接收机数据更新率低，因而难以满足实时测量的要求。而GPS与sINs的组合可以取长补短，可以大大提高输出数据更新率，防止导航定位误差随时间积累，并且提高了可靠性和抗干扰能力，为低成本、轻小型导航与制导系统提供一个非常有吸引力的方案。基予以上考虑，在由光纤陀螺和石英加速度计构成的捷联惯性导航系统的基础上，加入了GarminGPS25接收GPS信息，利用卡尔曼滤波技术，采用内组合模式，实现了SINS／GPS组合导航系统的设计。1．1硬件配置组合导航系统由3只光纤陀螺、3只石英挠性加速度计、GPS定位模块、数据采集与处理电路、安装基座组成，如图1所示。考虑到sINS／GPS组合导航系统是一个实时动态导航系统，对陀螺及加速度计的数据采集、系统误差矫正和系统数据处理要求具有很强的实时性，因此采用FPGA和浮点的DSP构组合导航系统的数据处理系统。所有的数据运算处理由DSP完成，处理结果送入ARM微处理器，由ARM完成导航数据的存储与显示等。组合导航系统中数据类型要求为浮点格式，相应的数据宽度是32位。导航解算系统是本系统运算的核心，选用浮点DsPTMs320C6713完成，该器件提供了高达192K的内部存储器空间，所以整个捷联解算运算全部是在器件内部进行，省去了以往的DsP器件外扩RAM的传统模式，另外运算全部在器件内部运算速度大大加快，避免了DSP与外部慢速RAM接口。使整个算法在7ms的时间内得以完成。1．2加速度计和光纤陀螺的数据采集石英挠性加速度计的输出是电流信号，其敏感加速度的域值为士29～10_59，因此要求ADC的分辨率要大于16位。为了保证采样的同步性和实时性，最好是6路ADC同时并行对加速度计和光纤陀螺进行采样。A／D转换器选用ADsl210，它是BURR—BROWN公司近年推出的一种高性能的A／D转文章编号：1671—4598(2007)07一0963一03中圈分类号：TP274文献标识码：B摘要：设计并实现了基于ARM和DsP的sINs／GPs组合导航系统；该系统采用DsP作为导航解算计算机，完成导航数据的快速的融合与解算处理，采用ARM处理器作为上位机，完成导航系统的数据存储、显示与输入输出接口控制等功能}重点完成了光纤陀螺和加速度计的高精度数据采集以及ARM与DsP之间的通信接口的设计，并根据系统的硬件配置，设计并实现了组合导航系统的卡尔曼滤波器；最后进行了车载试验，试验数据分析结果表明该组合导航系统可以获得理想的导航精度，验证了导航系统软、硬件设计的正确性和可靠性。关键词：ARM；DsP，GPs；捷联惯性导航系统；组合导航onCongshan，XuHualong，TanYingC01lege，Xi’anwords：ARM；DSPIO收稿日期：2007一01—06：修回日期：2007一02—20。作者简介：曲从善(1980一)，男，河南商水人，博士研究生，主要从事组合导航、非线性滤波方向的研究。许华龙(1941一)，男，河南商水人，教授，博导，主要从事导航、制导与控制方向的研究。lCnlnamCa．C0m(SecondArtilleryEngineering710025，China)Abstract：SINS／GPSnavigationsystembasedwasdesignedimplemented．TheadoptscomputercompleterapidfusioncalculationdataCPUleVelcompuIert。com—pletethefunctionssuchstorage，d