GPS信號中斷時慣導芯片的位置信息感知系統設計

摘要：基于慣性導航芯片ADIS16003，在GPS信號中斷的情況下，詳細設計和驗證了模擬GPS系統，實現了移動物體當前GPS信息的推算。系統采用FPGA驅動ADIS16003的SPI接口，依靠慣導原理獲取移動物體實時加速度，并以外部中斷方式通知DSP從EMIF接口讀取。DSP利用信號中斷前的有效GPS信息，通過相關位置檢測算法，計算出GPS經緯度信息，由HPI接口上報高層，保證了移動物體全天候位置感知能力，已在某大型通信系統中得到應用。
關鍵詞：FPGA；SPI；ADIS16003；慣性導航；EMIF

引言
當今社會，GPS衛星定位系統早已廣泛應用于人們的社會生活中，如交通工具導航、個人定位服務等。但在某些情況下，由于物體遮蔽、散射等原因，我們無法實時接收到GPS衛星信號(比如列車進入隧道)。所以有必要研究在GPS信息缺失的情況下，如何通過一定的算法產生
模擬GPS信息，從而實現全天候的無縫位置感知。這在某些對位置信息敏感的場合中就顯得非常急迫和重要。

1 慣導芯片簡介
ADIS16003是ADI公司的一款低成本、低功耗，具有SPI接口的雙軸加速度計，屬MEMS傳感器件。它可以測量動態和靜態加速度并以數字量輸出，測量范圍最小可以達到±1．7 g，同時還集成了溫度傳感器，可用于慣性導航、振動檢測和穩定性測試等場合中。
SPI是串行外圍設備接口，是Motorola公司首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。目前已廣泛應用在EEPROM、Flash、實時時鐘、A／D轉換器以及數字信號處理器和數字信號解碼器之間，是一種高速的全雙工同步通信總線。SPI通信只需要4根線，分別為SDI(數據輸入)、SDO(數據輸出)、SCK(時鐘)和CS(片選)。通信是通過數據交換的方式完成的。SPI接口使用串行通信協議，由SCK提供時鐘脈沖，SDI、SDO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據輸出通過SDO線，數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取，完成一位數據傳輸。數據輸入也使用同樣的原理。

ADIS16003的SPI接口通信時序及控制寄存器配置如圖1、圖2所示。其中，常用控制字為00000100和00001100，分別表示以正常模式采集X軸和Y軸雙軸軸向加速度。