基于DSP+FPGA的GNSS/SINS超紧组合导航系统设计

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导航系统作为精确制导武器中的重要组成部分,在现代战争日益复杂的战场环境下经常面临高动态、弱信号、电子欺骗和强干扰等不利因素。传统的松组合与紧组合导航方式均存在很大的局限性,制约了精确制导武器的进一步发展,超紧组合与深组合导航方式已成为未来的发展方向。因此,开展对超紧组合导航系统的研究对于保障我国国防安全十分必要。  本文以国家自然科学基金资助项目为研究背景,对GNSS/SINS超紧组合导航系统相关技术进行深入研究和分析,包括超紧组合导航算法的研究和原理样机的软、硬件设计。论文内容主要包括:  (1)对超紧组合导航系统中的信息处理开展相关研究。包括捷联惯性导航系统程序编排、系统误差模型建立、卡尔曼滤波器设计等。通过分析得出最佳的观测变量选取策略,针对组合导航滤波器数据滞后带来的不利影响,设计了相应的补偿算法。  (2)对高动态、弱信号等环境造成卫星信号失锁后的快速重定位技术进行研究。在对常规时域捕获算法性能分析的基础上,设计了一种基于IMU辅助的多通道快速捕获算法和快速帧同步算法,并通过半实物仿真试验进行验证和分析。  (3)针对高动态、弱信号环境,对超紧组合导航系统的卫星信号跟踪环路进行设计。在分析环路误差来源后,针对高动态环境造成的环路失锁问题设计了一种基于IMU辅助的跟踪环路,并对辅助效果的影响因素展开分析。在此基础上,设计了一种增量辅助的方式和环路自适应加权融合算法。最后通过半实物仿真对算法展开进一步研究。  (4)对GNSS/SINS超紧组合导航系统的设计开展相关研究。通过分析确定系统设计方案。然后对基于“DSP+FPGA”架构的超紧组合导航系统原理样机的硬件设计进行研究。最后介绍了软件设计流程和系统初始化过程。  (5)通过静态试验和地面跑车试验,对GNSS/SINS超紧组合导航系统的性能进行测试和分析。
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