论文摘要
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。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 概述1.2 课题背景1.3 国内外发展现状1.3.1 国外研究现状1.3.2 国内研究现状1.4 课题研究内容及意义1.5 论文内容的安排第2章 惯性导航系统简介2.1 精确制导与惯性制导2.1.1 精确制导2.1.2 惯性制导2.2 导航用坐标系2.3 捷联惯导原理2.4 捷联惯导算法2.4.1 捷联惯导系统的姿态更新和数学平台2.4.2 速度计算2.4.3 位置计算第3章 FPGA 与嵌入式处理器3.1 FPGA 及其开发环境简介3.1.1 FPGA 技术介绍3.1.2 FPGA 和ASIC 的比较3.1.3 FPGA 的特点?Quartus? II 简介'>3.1.4 Altera?Quartus? II 简介3.2 系统级设计3.2.1 建立系统3.2.2 生成系统3.2.3 使用DSP Builder 建立DSP 设计3.2.4 生成仿真文件3.2.5 生成综合文件3.3 Nios II 简介3.4 VHDL 概述3.4.1 VHDL 简介3.4.2 VHDL 的优点第4章 惯性导航系统的数据采集模块设计4.1 系统功能描述及实现4.2 系统的设计框图4.3 加速度计外围电路设计4.3.1 加速度计及其测量原理4.3.2 加速度计的数据采集实现4.4 陀螺仪外围电路设计4.4.1 ADXRS150 芯片简介与应用4.4.2 陀螺仪应用电路4.5 磁力计外围电路设计4.5.1 地磁场及应用4.5.2 磁场传感器信号的获取4.6 压力计外围电路设计4.7 温度信号外围电路设计4.8 A/D 转换部分电路设计第5章 系统数据处理平台的设计5.1 系统数据处理平台设计5.1.1 Cyclone II 介绍5.1.2 Cyclone II 开发设计5.2 电源部分设计5.3 配置芯片应用电路5.4 数据存储部分5.5 系统外部接口5.6 系统PCB 设计5.7 PCB 加工第6章 硬件验证及软件设计6.1 采集部分电路特性测试6.2 NIOS II 处理器系统结构图6.3 导航解算平台硬件测试6.4 A/D 转换模块的VHDL 程序设计6.5 NIOS II 的设计与应用6.6 导航信息解算平台的软件验证结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢详细摘要
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