pos系统中数据存储电路的设计与实现

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1、POS系统中数据存储电路的设计与实现0引言　　高精度位置姿态测量系统（PositionandOrientationSystem，POS）由惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GlobalPositionSystem，GPS）和POS计算机（POSputerSystem，PCS）以及后处理软件组成[1]。POS既是航空对地观测系统完成军事侦察、军事测绘等任务必不可少的关键装备，也是解决人类面临的资源紧缺、环境恶化、灾害频发等一系列重大问题的现代战略高技术手段[2]。利用IMU原始数据和GPS原始数据进行POS系

2、统后处理是提升整个系统输出精度的关键手段，也是各类载荷高精度位置姿态的可靠基准[3]，而数据存储单元是POS系统后处理的数据；此外，利用存储单元记录的POS实时导航数据，可以对POS系统的故障进行分析，便于及时发现并处理系统运行过程中的种种问题，有利于提高整个系统的可测试性。　　存储技术历经多年发展，已经从原始的磁带记录逐步过渡到光盘记录和目前的半导体存储器[4]。POS系统属于机载设备，一般工作于高低温变化大，电磁干扰严重，振动冲击大的复杂环境下，这就要求存储电路必须能承受宽温度范围，工作于复杂电磁环境且有良

3、好的抗冲击性能。POS系统经常和各类载荷安装在一起工作，为减小安装平台的负担，POS系统的体积、重量和功耗都有严格的限制。为了达到与各类载荷进行通信的目的，POS系统应具有多种通信接口，如CAN，RS422和RS232等，POS存储电路要接收POS系统的各项数据就必须融合上述多种通信接口。此外，POS系统工作的实时性很高且工作时间较长，因此POS存储电路必须速度快，容量大。半导体存储器相对于其他存储器，体积更小，功耗更低，速度快，存储容量大且能工作于恶劣环境，而嵌入式微处理器的飞速发展也大大提高了半导体存储器的

4、存储速度。因此，本文设计了一种基于STM32硬件平台的高速POS存储电路[5]，实现对POS系统各项工作数据的实时存储。　　1POS系统结构概述　　POS系统的组成框图如图1所示。　　惯性测量单元IMU通过三支陀螺仪和三支加速度计实时采集观测载荷的角运动和线运动信息，利用内置的温度传感器采集陀螺仪和加速度计的温度信息，并经过预处理后发送给PCS进行捷联解算；GNSS预处理模块接收GNSS基站和流动站的卫星导航信号，进行差分处理后发送给PCS；INS/GNSS实时融合处理模块将捷联解算后的数据和GNSS差分后的数

5、据进行分析，一部分实时输出给载荷作为位置和姿态基准，另一部分发送给数据存储单元作为后处理的数据源[6]。POS实时定位定姿信息的精度往往达不到各类载荷高清成像的要求，因此实时任务完成后，必须采用后处理软件对采集存储的IMU，GNSS信息进行后处理，以获取高精度位置、速度和姿态信息，确保各类载荷成像质量。　　由此可见，POS系统的后处理能有效提升整个系统的输出精度，为各类载荷提供更高精度的位置姿态基准，而数据存储单元能存储POS后处理所需的所有原始信息，此外，存储单元能透明地记录POS系统飞行过程中的所有数据，其

6、作用相当于飞机当中的黑匣子，便于用户进行事后故障分析，为此给出了POS存储系统的设计。　　2POS数据存储电路总体设计　　2.1总体结构设计　　数据存储系统主要完成数据的采集、数据的存储和数据发送。为了给各类载荷提供实时的位置姿态基准，POS系统的数据更新率必须很高，目前已达到200Hz，PCS向载荷发送数据的波特率高达460800b/s，这就要求存储电路具有高速的通信接口和中央控制器。CAN总线和RS422总线的最高波特率能高达1Mb/s和10Mb/s，完全能接收PCS高速输出的数据，此外CAN和RS422均

7、采用差分信号进行传输，能保证数据传输的可靠性，在电路的设计中增加RS232接口，能提高整个存储电路的通用性。以高速ARM控制器作为存储系统的核心控制芯片是最好的选择，其运行速度快，核心频率可超过100MHz；具有CAN，USART和SPI等丰富的外设，只需对它们进行简单的编程即可完成数据的收发，利用高速SD卡作为ARM控制器的外部存储器，可轻松实现数据的快速存储，整个存储系统的结构图如图2所示。　　图2中IMU原始数、GPS原始数和POS导航数据分别通过RS422接口、RS232接口和CAN总线接口传送至STM

8、32最小系统，STM32芯片以DMA中断的方式将接收的数据缓存至内部RAM区，利用其自身的SPI接口驱动SD卡，将接收的数据按照FAT32文件系统的格式以文本文件的形式存入SD卡。为方便用户读取SD卡存储的原始数据信息，本文设计了通用的USB读卡器模块，USB读卡器芯片内部集成了文件系统功能，只需要简单的外部电路连接即可实现与计算机的USB通信，不仅降低了电路成本，而且提高了整个系统的