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双天线GPS-SINS组合导航系统设计


双天线 GPS/SINS 组合导航系统设计 摘要:利用双天线定向 gps 与光纤陀螺进行组合,以基于 dsp+fpga 多处理器结构作为导航计算机平台, 应用卡尔曼滤波算法 将 gps 姿态信息作为量测量对惯性导航系统进行修正。通过跑车实 验验证该系统具有实时性好,运算精度高等优点。 关键词:定向 gps 组合导航 卡尔曼滤波 引言 现代导航系统要求能够实时、准确的获取载体运动信息。目前, 在组合导航领域 gps/sins 组合导航系统因具有高精度、低成本、 结构简单等优点,已经成为最热门的研究方向。而 gps/sins 组合 导航大多都是以位置,速度作为量测量来修正惯性导航系统,随着 gps 定向系统的逐渐发展,以姿态、位置和速度的全组合方法正在 成为研究热点[1]。本文根据 gps/sins 全组合导航系统的机理和特 点在基于 dsp+fpga 的导航计算机平台上设计了可靠的信息融合技 术,通过相关的试验表明本系统具有较好的效果。 一、组合导航系统软硬件设计 1 导航计算机总体设计 为了便于野外跑车试验,本文中导航系统采用一体化、模块化设 计:通过接口将导航计算机固连于 imu 器件内,计算机与 imu 方便 更换。imu 数据更新率是 200hz,而 gps 数据输出频率为 1hz,因此 计算机必须能够在 5ms 内完成整个系统算法运行。单纯的采用一个 核心处理器的方法不能够满足系统实时性要求,此计算机采用了 dsp+fpga 双核设计方式,dsp 选用 ti 公司的 tms6747 而 fpga 型号 为 xilinx 公司的 xc3s500e。系统硬件结构如图 1 所示。其中, dsp6747 主要负责 imu 解算,卡尔曼滤波等数据处理算法,6747 具 有高性能的浮点运算能力,最高主频可达到 450mhz,能够实现高速 运算。 fpga 主要完成外部接口扩展 路 rs232 口, 路 rs422 口) (2 1 , 数据的采集与传输及逻辑时序控制。 2 组合导航系统的量测方程 将定向 gps 作为修正数据时,系统量测值包括位置、速度和姿态。 位置量测值为惯导系统与 gps 给出的纬度、经度和高度差,相应的 速度量测值为惯导系统与 gps 给出在惯性系统中各坐标下的差值, 而惯导系统与双天线 gps 给出的姿态差值作为第三组量测值。 参考文献: [1]li y, zhang k, roberts c , murata m. on-the-fly gps-based attitude determination using single-and double-differenced carrier phase measurement s. springer _ verlag , 2004. [2]付梦印.kalman 滤波理论及其在导航系统中的应用[m].北京: 科学出版社,2003. [3]何晓峰,胡小平.基于 sins/gps 组合的低成本船用姿态确定 系统[j].中国惯性技术学报.2004,12(05):21—25 [4]王惠南,gps 导航原理与应用[m].北京:科学出版社,2003. [5]yanjuan yang, weifeng tian, zhihua jin. study on a novel marine ins/gps integrated navigation technology. ieee seventh international conference on control, automation

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