一种计算机组合导航装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种计算机组合导航装置及方法，装置包括：上位机、ARM、FPGA、DSP、三轴陀螺、三轴加速度计、GNSS接收机和三轴地磁传感器；所述上位机通过RS422总线与所述ARM连接；所述三轴陀螺和所述三轴加速度计均通过SPI接口连接至所述ARM；所述ARM通过配置IO与所述FPGA连接，通过SPI接口与所述FPGA双向连接；所述FPGA与所述DSP连接；所述GNSS接收机通过UART与所述FPGA双向连接，通过PPS接口与所述FPGA连接；所述三轴地磁传感器与所述FPGA通过SPI接口双向连接。电路结构简单，接口丰富，算力强大，不使用外部FLASH存储芯片，另外还通过合理的地址映射，进一步减少EMIF地址总线数量，节省了电路板布局布线资源，具有体积小的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种计算机组合导航装置和方法


[0001]本专利技术涉及惯性导航领域，尤其涉及一种计算机组合导航装置和方法。

技术介绍

[0002]惯性导航是一种完全自主的导航方式，其误差随时间积累，导航精度和所用传感器直接相关，高精度的惯性导航系统通常采用光纤或者激光陀螺，成本也比较高。近年来，MEMS惯性器件发展迅速，在制导炮弹，无人机航姿系统，无人配送车领域有了诸多应用，特别是无人机或者无人配送车这种对续航有要求的应用场景，对装置的体积和重量有比较严格的限制和要求。
[0003]由于MEMS惯性器件精度比较差，通常会结合GNSS导航，地磁导航等装置组成组合导航系统。这种低成本的MEMS/地磁/GNSS组合导航系统使用的传感器精度比较低，通常需要进行温度，过载，振动环境数据的补偿，补偿试验通常在整机装配完成之后进行，所以要求导航计算机使用用户通信接口进行应用程序或者补偿参数的读写。
[0004]MEMS/地磁/GNSS组合导航系统数据接口繁多，通常需要连接三轴陀螺，三轴加速度计，三轴地磁，气压计，GNSS板卡，温度传感器，用户计算机等等，然后进行复杂的数据采集，补偿，以及导航算法。由于导航系统的实时性要求比较高，这就要求组合导航系统有丰富的外设接口和强大的计算能力。
[0005]现阶段基于MEMS的惯性测量单元(IMU)通常采用基于ARMCortex
‑
Mx内核的MCU作为主处理器，此类型的单片机再各行各业的应用已经相当普遍，国内也有很多成熟的供应商，经过多年的发展积累，此类型的MCU内部的嵌入式FLASH容量也达到了兆级，方便地存储IMU的标定数据、用户参数等等配置数据。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种计算机组合导航装置和方法。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种计算机组合导航装置包括：
[0008]上位机、ARM、FPGA、DSP、三轴陀螺、三轴加速度计、GNSS接收机和三轴地磁传感器；
[0009]所述上位机通过RS422总线与所述ARM连接；
[0010]所述三轴陀螺和所述三轴加速度计均通过SPI接口连接至所述ARM；
[0011]所述ARM通过配置IO与所述FPGA连接，通过SPI接口与所述FPGA双向连接；
[0012]所述FPGA与所述DSP连接；
[0013]所述GNSS接收机通过UART与所述FPGA双向连接，通过PPS接口与所述FPGA连接；
[0014]所述三轴地磁传感器与所述FPGA通过SPI接口双向连接。
[0015]可选的，所述导航装置还包括：用户接口，与所述FPGA双向连接。
[0016]可选的，所述ARM通过SPI接口与所述FPGA双向连接具体包括：
[0017]所述ARM和所述FPGA之间采用四线制SPI的方式进行数据通信，所述FPGA为主，所
述ARM为从；
[0018]SPI传输两种数据，包括：在系统启动阶段，所述FPGA通过SPI接口读取ARM内部FLASH中的DSP程序数据，并转发至DSP；
[0019]在系统正常工作阶段，当所述ARM中的一帧IMU数据准备好后，通过中断信号同步发送给所述FPGA，所述FPGA通过SPI接口读取帧数据；
[0020]所述ARM通过配置IO接口，控制所述FPGA的启动配置过程。
[0021]本专利技术还提供了一种计算机组合导航方法包括：
[0022]所述三轴陀螺和所述三轴加速度计通过SPI接口连接至ARM，用于温度补偿的温度传感器通常采用所述三轴陀螺和所述三轴加速度计上集成的温度，所述ARM采集MEMS惯性传感器数据；
[0023]标定补偿后，形成完整的IMU数据包，发送给FPGA；
[0024]所述ARM控制整个系统的启动过程，以及程序、数据更新的过程；
[0025]所述FPGA采集接收多个传感器的数据后，经过缓存、同步处理，发送至所述DSP；
[0026]经过所述ARM和所述FPAG的数据预处理，所述DSP进行卡尔曼紧耦合和深耦合的组合导航算法。
[0027]可选的，所述导航方法还包括：
[0028]上位机准备好对应的程序数据文件，设置并打开通信串口，然后向计算机组合导航发送更新指令；
[0029]所述计算机组合导航上电，ARM_BOOT开始运行，接收到升级指令，向上位机返回响应A，表示自己准备好通信；
[0030]上位机接收到所述响应A，停止发送更新指令，进一步发送待更新文件的大小和位置；
[0031]所述计算机组合导航接收到待更新文件的大小和位置，并发出响应B；
[0032]上位机接收到所述响应B，开始分包发送待更新的文件；
[0033]所述计算机组合导航收到数据包后，进行校验，然后写入FLASH的对应地址，并发出响应C；
[0034]上位机接收到所述响应C，继续发送下一包数据；
[0035]重复过程，直至所有的数据包发送完毕。
[0036]本专利技术提供的一种计算机组合导航装置及方法，装置包括：上位机、ARM、FPGA、DSP、三轴陀螺、三轴加速度计、GNSS接收机和三轴地磁传感器；所述上位机通过RS422总线与所述ARM连接；所述三轴陀螺和所述三轴加速度计均通过SPI接口连接至所述ARM；所述ARM通过配置IO与所述FPGA连接，通过SPI接口与所述FPGA双向连接；所述FPGA与所述DSP连接；所述GNSS接收机通过UART与所述FPGA双向连接，通过PPS接口与所述FPGA连接；所述三轴地磁传感器与所述FPGA通过SPI接口双向连接。电路结构简单，接口丰富，算力强大，不使用外部FLASH存储芯片，另外还通过合理的地址映射，进一步减少EMIF地址总线数量，节省了电路板布局布线资源，具有体积小的优点。
[0037]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0039]图1为本专利技术实施例提供的MEMS/地磁/GNSS计算机组合导航硬件原理框图。
具体实施方式
[0040]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0041]本专利技术的说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机组合导航装置，其特征在于，所述导航装置包括：上位机、ARM、FPGA、DSP、三轴陀螺、三轴加速度计、GNSS接收机和三轴地磁传感器；所述上位机通过RS422总线与所述ARM连接；所述三轴陀螺和所述三轴加速度计均通过SPI接口连接至所述ARM；所述ARM通过配置IO与所述FPGA连接，通过SPI接口与所述FPGA双向连接；所述FPGA与所述DSP连接；所述GNSS接收机通过UART与所述FPGA双向连接，通过PPS接口与所述FPGA连接；所述三轴地磁传感器与所述FPGA通过SPI接口双向连接。2.根据权利要求1所述的一种计算机组合导航装置，其特征在于，所述导航装置还包括：用户接口，与所述FPGA双向连接。3.根据权利要求1所述的一种计算机组合导航装置，其特征在于，所述ARM通过SPI接口与所述FPGA双向连接具体包括：所述ARM和所述FPGA之间采用四线制SPI的方式进行数据通信，所述FPGA为主，所述ARM为从；SPI传输两种数据，包括：在系统启动阶段，所述FPGA通过SPI接口读取ARM内部FLASH中的DSP程序数据，并转发至DSP；在系统正常工作阶段，当所述ARM中的一帧IMU数据准备好后，通过中断信号同步发送给所述FPGA，所述FPGA通过SPI接口读取帧数据；所述ARM通过配置IO接口，控制所述FPGA的启动配置过程。4.一种计算机组合导航方法，应用于上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：阙兴涛，白浪，
申请(专利权)人：北京开拓航宇导控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：