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随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展,数字信号处理技术已经逐渐发展成为一门关键的技术学科。而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能。自从1982年美国德州仪器(TI)公司推出通用可编程DSP芯片以来,DSP技术取得了突飞猛进的发展,DSP芯片的性能得到了极大的提高,应用领域得到了不断的拓展。DSP芯片已经走下其高贵的舞台,无论是在计算机外设、通信、工业控制、航空航天、精密仪器,还是在家用电器中,都有DSP的身影。
本论文结合现代导航技术和现代DSP技术,对于DSP应用于组合导航领域所涉及的关键技术和难点问题进行了深入研究。并且结合FPGA技术,研究了减小组合导航计算机体积和提高外围系统性能的方法。在组合导航计算机的高精度、高实时性、高可靠性、小型化、低功耗的发展方向上进行了探索。
通过对组合导航算法进行分析,认为该算法具有运算量大、实时性高并且多以加法和乘法为主要运算内容的特点。依据这一算法特点,在深刻剖析了DSP特殊的内部结构和性能特点后,提出了以DSP为运算核心的组合导航计算机方案。在该方案中,DSP承担着繁重的导航解算任务,通过从惯性测量单元和GPS得到的数据解算出载体的位置、速度、姿态等信息,并通过串行通讯接口传输给外部设备。为了让DSP专注于解算,也为了提高导航计算机的数据处理实时性,本课题使用FPGA来完成3路加速度计、3路陀螺和两路里程计的数据采集以及地址译码工作。FPGA是一种半定制集成电路,通过VHDL编程语言可以在内部实现硬件逻辑功能,具有容量大、使用灵活等特点。FPGA的使用迎合了组合导航计算机小型化、低功耗和多功能的要求。根据组合导航计算机的特殊性,本文提出了硬件电路可靠性原则,为后续工作提出了指导性方案。
硬件电路结构分析是本论文的主体,文中依据组合导航计算机总体方案,对硬件各主要电路模块的功能和关键问题进行了细致研究。并且给出了基本的硬件连接原理框图,对框图中重要的引脚连接和相关设置作了充分的分析。PCB是实现硬件电路必不可少的环节。本论文对PCB抗干扰技术进行了细致的研究。
本文论述了诸如上电自举、FLASH擦除和烧写、DSP芯片的中断处理等功能的具体工作过程,给出了实现各功能的编程方法。这些编程方法是硬件电路和软件算法之间的桥梁。FPGA芯片的编程是另一个重要部分,文中给出了软件验证仿真图形,从图中可以看出,FPGA内部各逻辑器件的工作时序是满足要求的。
论文的最后描述了硬件电路调试的具体方案和过程,通过对数据采集功能和数据处理功能的测试,证明该电路实现了组合导航计算机各项功能,并且能独立自主的工作。