基于嵌入式处理器的惯导系统数据采集与处理

• 作 者: 苗雷
• 发表日期: 2008年01期
• 关键词: 惯性导航 FPGA NIOS 电路

已经开发的惯性导航系统可以宽范围的应用在各种载体的导航中,但是传统的惯性导航系统价格十分昂贵。微机电技术及微惯性技术的发展,为低成本微型化的惯导系统的开发提供了保证。文中采用FPGA开发了一种嵌入式低成本的惯性导航系统。通过对硬件结构的描述分析了系统中各个电路模块的功能,给出了各个模块的实现方法。结合惯性器件的接口方式,给出了FPGA接口的实现方法。首先给出了导航系统的基本概念,分析了不同的导航方式,给出了坐标系的一般描述。给出了惯导系统基本的布局方式以及基本算法。其次给出了FPGA和嵌入式处理器NIOS II的基本知识和开发流程。在数据采集部分的设计中,先后分析了加速度计,陀螺仪的基本原理,然后给出了具体的应用电路。在描述了地磁场后结合磁力计给出了电子罗盘的设计电路。为了校正惯导系统中的高度信号,引入了微型气压计并给出了相应的的设计电路,还给出了温度检测电路。A/D转换部分给出了一种16通道的数据采集方案。在数据处理平台的设计中,先分析了所使用的FPGA的内部结构及功能特点。给出了系统的存储模块的设计,分析了电源的需求并给出了具体电源模块的实现。配置部分给出了配置芯片的基本原理以及具体的电路结构。最后给出了系统的测试方法和电路验证,设计了系统的NIOS II处理器的基本结构和外围模块。给出了SPI总线的VHDL描述。该数据处理平台通过了标准C程序验证和UC/OS2操作系统验证。证明本系统可满足不同需要,灵活移植到各种不同应用。