基于dsp和fpga技术的导航计算机设计与实现

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1、基于DSP和FPGA技术的导航计算机设计与实现摘要：为提高导航计算机的精度和处理速度，降低导航计算机的功耗和体积，采用DSP+FPGA的小型化设计捷联惯导计算机平台。FPGA完成传感器信号采集，实现对传感器信号的数字滤波和外围接口电路逻辑，同时实现导航计算机控制逻辑。采用高性能TMS320C6713为核心处理器完成姿态信息解算和温度信号采集和解算。经过调试验证本设计满足技术指标要求，且实现技术先进，具有广泛的应用前景。中国8/vie　　关键词：TMS320C6713B；FPGA；IMU　　中图分类号：TP311文献标识码：A：1009-3044（2017）02-0218-02　　从专业化

2、角度出发，惯性导航系统主要是借助对航行体运动期间的实际加速度情况进行测量之后，所求得准确速度以及具体位置的系统。就构成来说，该系统由控制显示装置、惯性传感器以及计算机组合而成。惯性导航系统是推算导航方式，也就是说从已知位置参照连续性测得的载体航向角以及实际速度来进一步推算接下来的具体位置。传感器根据安装方式上的差异，可以将其划分为捷联式传感器以及平台式传感器[1]。具体来说，捷联惯导系统通常情况下是将惯性传感器安装到载体中，摆脱了机电平台，这种情况下，惯性平台所具有的功能是由计算机来完成的。由于惯性传感器直接安装在载体，在实际应用中导航精度易受外部环境等因素影响。为了提高导航精度在设计中

3、采用DSP和FPGA技术实现采集惯性导航参数及惯性导航参数的数字滤波、导航参数解算和外部通信。同时该技术方案采用FPGA实现计算机系统外围设备扩展部分，提高了导航计算机的集成度，增加计算机可靠性，减小导航计算机体积重量。　　1系统结构设计　　惯性导航系统当中的惯性传感器关键组成部分有里程计、陀螺仪以及加速度计。在实际导航过程中，主要是利用加速度计来获得载体速度以及最终的位置信息，之后再借助陀螺仪对载体姿态信息数据进行进一步计算，并有效控制显示器的导航参数[2]。　　导航计算机可以完成以下工作：对陀螺计中的信号、速度计中的信号以及里程计中的信号进行定时采集，然后输入相应的测温阻值。还可以通

4、过及时处理数据信息实现导航解算功能；通过专业化的RS422总线来准确接收命令以及参数，从而在一定程度上对惯导系统实施定期修正。本设计采用的系统结构如图1所示。　　2硬件平台设计　　2.1DSP功能单元设计　　导航计算机实时采集加速计和陀螺计信号等导航数据，对导航数据的解算和处理要求导航计算机必须具有高精度的浮点处理能力，设计中DSP采用了TI公司TMS320C6713B高性能32位浮点运算DSP芯片，工作主频为200MHz，处理能力为600MIPS/1200MFLOPS，外部支持8，16，32bit寻址，EMIF总线支持512Mbytes的寄存器寻址空间，可与SDRAM，FLASH存储器

5、无缝连接[3]。SDRAM采用容量为16MB（4M×32bit）的MT48LC4M32B2TG-7IT芯片，用于DSP在导航数据解算中大量矩阵和积分运算。FLASH采用容量16MB（8M×16bit）的S29GL128N10TFIR1芯片。DSP的引导方式配置采用16位外部ROM引导Boot（默认ROM时序）。DSP上电复位后将外部FLASH存储1KB空间的Bootloader程序搬到DSP内部RAM地址为0x0空间，执行Bootloader程序实现FLASH导航解算程序加载到DSP内部RAM中执行。　　外部时钟电路采用40MHz的晶振作DSP时钟输入。经配置内部锁相环倍频后作，在由�炔

6、糠制堤峁└�CPU和其他外设使用。　　DSP工作需要3.3V的IO电压和1.2V的内核电压电源。供电电源采用TPS70345电压调整器，对上电顺序进行控制，首先完成内核电压上电，然后上电IO电压。本身DSP的工作电源上电顺序可以不考虑，但从系统设计考虑保证DSP的I/Obuffer接收到DSP的内核有效输入早于输出buffer上电，防止与其他系统产生总线竞争。　　2.2传感器接口信号滤波设计　　由于导航计算机采集的传感器信号品质差（带有噪声），为了便于后续信号采集处理，降低信号计数误差对采集传感器输入信号进行滤波、整形和驱动隔离处理（处理电路如图2所示）。滤波电路根据需滤掉噪声频率设计R

7、C滤波电路参数。整形电路采用施密特触发器实现信号整形，经过驱动隔离进行电平转换后输入FPGA。　　2.3惯导传感器信息采集集成技术　　在惯性导航系统中，导航计算机的主要功能包括将导航传感器信号采集并进行处理。同时根据系统配置将通过CAN总线和RS422接口与其他系统设备进行导航数据通信。导航计算机采用Sparatan-IIEFPGA实现对输入惯性传感器信号进行采集处理。首先对输入的惯性传感器信号进行了数字滤波处理，然后进行计数，对标