基于微處理器的緊耦合組合導航系統設計

　　3 緊耦合GPS /慣導組合系統硬件設計

　　GPS /慣導緊耦合系統硬件可以分為五個部分，其結構如圖3所示。

圖3 緊耦合GPS /S INS系統硬件組織設計圖

　　( 1)數據采集部分， 由GPS接收天線、GPS OEM板、陀螺儀、加速度計、數據采集卡和雙口RAM 組成。其中， 數據采集卡應具有不同的采樣頻率， 能夠同時采集模擬信號和數字信號， 由8051單片機加上一些外圍芯片組成的數據采集卡；也可以使用專用的GPS+ 慣導系統數據采集卡， 如TMS320C25數據采集卡。在GPS、慣導系統與導航數據處理器( CPU )之間的數據傳輸可以利用雙口RAM， 以實現數據的快速存取。

　　( 2)導航數據處理部分， 采用單片機(如80196單片機或8086 /8087單片機) ， 通過總線從ROM 中將應用程序調入導航處理器( CPU )進行數據處理，處理結果再次放回總線， 對慣性測量器件進行誤差補償、輔助GPS OEM 板的信號跟蹤環路、顯示導航信息、傳輸到控制系統和外部通信接口等。此外， 還負責系統部件的協調與管理， 維護系統的正常運行。

　　( 3)用戶界面部分是人機對話的工作平臺， 由液晶顯示器和輸入鍵盤組成， 顯示導航信息， 對導航系統進行人工干預。

　　( 4)電源部分， 由電源模板、電子模板、高壓甚高壓模板和配電系統構成， 為GPS OEM 板、慣導系統、數據采集卡、以及導航數據處理器等提供各種標準電源支持。

　　( 5)通信接口部分包括系統內部元件接口通信和系統與外部接口通信， 前者采用M IL STD1553總線；后者將外部測量數據傳入系統， 如氣壓測高數據、雷達測量數據等， 以對系統進行校正或多系統組合導航， 也可以將系統內部數據傳輸到其它設備。

　　4 緊耦合GPS /慣導組合系統軟件設計

　　GPS /慣導組合導航系統設備包括8 個軟件功能模塊， 各個功能模塊之間的連接如圖4所示:

　　( 1)系統啟動與自檢模塊， 負責系統設備開啟，檢測設備部件的運行狀況， 對異常情況及時報警， 提示工作人員給予相應的指示操作。

　　( 2)系統管理模塊， 負責系統設備的協調、管理、數據存儲與清理工作。

　　( 3)系統初始化模塊， 使用GPS 進行快速定位和姿態測定， 實現慣導系統的初始對準。

　　( 4)數字信號處理模塊， 負責GPS接收機的數字信號處理。

　　( 5)數據采集模塊， 負責GPS、慣導系統基本觀測量的數據提取， A /D轉換等工作。

　　( 6)數據傳輸模塊， 將GPS、慣導基本觀測量的數據傳輸到CPU， 進行導航數據處理， 將最終導航信息傳輸到導航顯示設備和控制系統等。

　　( 7)導航數據處理模塊， 負責各種導航算法的實現。

　　( 8)用戶界面模塊， 提供用戶界面， 具有顯示導航信息、數據查詢和錯誤提示等功能。

圖4 GPS /慣導組合導航系統軟件模塊化實現框圖

　　5 結束語

　　基于微處理器強大的計算和通信能力， 解決對主被動導航的多傳感器數據融合問題， 克服了GPS導航機動性能差、衛星信號失鎖、慣導系統誤差隨時間漂移的主要缺點， 取長補短。使組合導航系統既增大了等效噪聲帶寬， 保證在高動態環境下對衛星信號的穩定跟蹤， 又提高了接收機的抗干擾性能、系統可靠性能和容錯性能， 從而輸出平滑連續的導航信息。