基于FPGA与PC/104的导航计算机系统设计

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捷联式惯性导航系统用导航计算机是一种兼具数据采集、导航解算与用户交互的计算机系统。该系统可采集陀螺仪、加速度计以及外部辅助导航系统、传感器的信息,进行导航解算并对外输出导航信息。本文设计了一套基于FPGA与PC/104的导航计算机系统,主要工作如下:1.调研了导航计算机的应用背景和现有设计方案,针对应用需求制定了FPGA与PC/104组合的系统架构,选择了合适的芯片方案。2.在数据采集端,选择ZYNQ系列MZ7XA7020核心板作为数据采集单元,在所选核心板的FPGA端进行开发,具体设计了解析异步串行数据与脉冲计数的IP核以接收陀螺仪、GPS的串行数据与加速度计脉冲量,并使用双口RAM进行FPGA与PC/104的数据通信,同时在所选核心板的ARM上运行μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系统,对FPGA采集到的数据进行校验与同步。3.在PC/104端,以操作系统Vx Works作为软件平台,通过多任务机制实现了报文解析、导航解算、组合滤波与导航结果输出;实现了惯性导航解算、粗对准、精对准以及零速修正等捷联式惯性导航系统算法模块设计;模拟应用系统,实现了网络通讯模块设计。4.试验结果表明,系统可实现稳定的数据采集与导航解算;实验室大理石平台条件下的测试结果表明本系统数据采集稳定可靠,导航解算结果表明本导航计算机的性能满足纯惯性解算与信息融合的运算需求。
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