《電子技術(shù)應用》
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基于捷联惯性导航系统姿态实时性的研究
2020年电子技术应用第11期
王建中
重庆青年职业技术学院 人工智能学院，重庆400712
摘要： 针对激光陀螺捷联惯性导航系统信号采集、姿态解算、数据输出实时性问题，分析三轴激光陀螺仪和三轴加速度计传感器惯性组件IMU、里程计、高度计、GPS/北斗等数据输入和输出。数据交换一般采用RS-232串行接口、CAN总线接口，难以满足传感器高速实时采样。因此，提出一种采用FPGA双口RAM+双DSP高速数据存取方式，按照时钟同步周期分别实时输出导航数据，可有效解决数据发送、处理、传输到各设备之间的瓶颈问题，最高输出频姿态率可达100 kHz~2 000 kHz，实现捷联导航系统姿态状态快速反应能力。实验和仿真表明，该方法可以大大提高系统的周期解算能力，提高载体的机动性能。
中圖分類號： TN384
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200459
中文引用格式： 王建中. 基于捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)實時性的研究[J].電子技術(shù)應用，2020，46(11)：23-29.
英文引用格式： Wang Jianzhong. Research on real-time attitude of strapdown inertial navigation system[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(11)：23-29.
Research on real-time attitude of strapdown inertial navigation system
Wang Jianzhong
Artificial Intelligence Department，Chongqing Youth Vocational & Technical College，Chongqing 400712，China
Abstract： Aiming at the real-time problems of signal acquisition, attitude calculation and data output of laser gyro strapdown inertial navigation system, the data input and output of IMU, odometer, altimeter and GPS/BeiDou are analyzed. RS-232 serial interface and CAN bus interface are generally used for data exchange, which are difficult to meet the high-speed real-time sampling of sensors. The paper puts forward a high-speed data access mode of FPGA dual port RAM+dual DSP to output navigation data in real time according to the clock synchronization cycle, which can effectively solve the bottleneck problem of data transmission, processing and transmission to various devices. The highest output frequency attitude rate can reach 100 kHz~2 000 kHz, and realize the rapid response ability of attitude state of strapdown navigation system. Experiments and simulations show that this method can greatly improve the cycle calculation ability of the system and the maneuverability of the carrier.
Key words : inertial measurement unit；laser gyro；accelerometer；sampling frequency；FPGA

0 引言

    捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)是一種隱蔽性好，工作環(huán)境不易受外界干擾和影響的導航系統(tǒng)，不易受氣象條件的限制，具有自主性、隱蔽性、實時性和全天候等優(yōu)點[1]，能提供載體精確的位置坐標、姿態(tài)、速度和行駛里程等信息。系統(tǒng)由三軸陀螺儀和三軸加速度計構(gòu)成的慣性測量單元(IMU)、里程計、高度計、北斗/GPS等組成[2]，其數(shù)據(jù)的采集周期、輸入、輸出、解算結(jié)果和應用非常復雜，實時性難以保證，不能快速獲取系統(tǒng)的運動狀態(tài)數(shù)據(jù)。

    捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)一般采用多組件串行接口輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸方法RS-232，最高速度能達到115 200 b/s。CAN總線速率最高傳輸速率可達1 Mb/s。數(shù)據(jù)接收時使用空閑中斷觸發(fā)接收，待解算完成后發(fā)送查詢線路狀態(tài)空閑后發(fā)送數(shù)據(jù)。按照以上兩種傳統(tǒng)方式，很難快速解算和輸出姿態(tài)實時數(shù)據(jù)，更不能接收其他多個傳感器數(shù)據(jù)、采集輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)[3]。因此，本文利用一種時鐘同步信號與車載系統(tǒng)時鐘同步，從而確保捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)和車載系統(tǒng)時鐘同步，能夠減少捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)各組件數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間；輸入輸出采用FPGA雙口RAM+雙DSP高速數(shù)據(jù)存取方式[4]，解決捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)收發(fā)數(shù)據(jù)高速實時性困難，提高姿態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)適應能力。




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作者信息:

王建中

(重慶青年職業(yè)技術(shù)學院 人工智能學院，重慶400712)

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