一種基于多核dsp的慣性/衛(wèi)星深組合信息處理硬件平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于慣導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多核DSP的慣性/衛(wèi)星深組合信息處理硬件平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以自主、隱蔽性強、全天候、抗干擾、輸出信息量大、輸出信息實時性強等突出優(yōu)點，已成為航空、航天、航海、陸地導(dǎo)航及大地測量等領(lǐng)域不可缺少的重要組成部分，但其高精度會隨時間增長而降低。
[0003]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS、GL0NASS、北斗等)是一種高精度的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可以給用戶提供經(jīng)度、緯度、高度、速度以及時間等信息，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于信號易受干擾和載體高動態(tài)這兩方面的局限性都會導(dǎo)致用戶設(shè)備無法正常獲取衛(wèi)星信號，因而不能產(chǎn)生定位信息，這很大程度上局限了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0004]組合導(dǎo)航是采用兩種或兩種以上導(dǎo)航系統(tǒng)，形成的性能更高、安全性和可靠性更強的導(dǎo)航方式。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在性能上具有很強的互補性，將兩者組合不僅可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，而且隨著組合程度的加深，慣性/衛(wèi)星組合系統(tǒng)的總體性能要遠遠優(yōu)于各獨立系統(tǒng)。利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性與適中精度，來彌補慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差隨時間傳播或增大的缺點，同時再利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的短期高精度來彌補衛(wèi)星導(dǎo)航接收機在受干擾時誤差增大或遮擋時丟失信號等的缺點，提高衛(wèi)星導(dǎo)航的動態(tài)性能和抗干擾能力和衛(wèi)星的重新捕獲能力，從而實現(xiàn)完整的高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性、高適用性、持續(xù)全天候的導(dǎo)航，廣泛應(yīng)用于海、陸、空、天各領(lǐng)域，包括導(dǎo)彈、飛機、輪船、車輛、機器人等的導(dǎo)航。目前松散、緊密這兩種組合模式應(yīng)用較為廣泛。然而，隨著高速飛行器、先進飛航導(dǎo)彈等對高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性、高適用性導(dǎo)航性能的需求，深組合逐漸成為慣性/衛(wèi)星組合系統(tǒng)的最具發(fā)展前景的技術(shù)。
[0005]深組合算法對運算能力和實時性都提出了很高的要求。慣性/衛(wèi)星深組合算法是慣性和衛(wèi)星的融合導(dǎo)航算法，通過兩種信息集中處理來提升整機性能。慣性與衛(wèi)星導(dǎo)航的深度耦合算法，即深組合算法的研究主要集中在聯(lián)合濾波器的設(shè)計上。和緊組合方式相比，因深組合濾波器要兼顧到每顆衛(wèi)星跟蹤環(huán)路的控制，相比于慣性緊組合算法，KALMAN濾波器維數(shù)由十幾維增加到幾十維；或者是每一顆衛(wèi)星都用一個KALMAN濾波器進行控制。相比于傳統(tǒng)衛(wèi)星接收機二三階跟蹤環(huán)路濾波器，深組合濾波器運算更加復(fù)雜，運算量更大，因為KALMAN濾波要涉及到多步迭代和矩陣求逆，而傳統(tǒng)衛(wèi)星接收機跟蹤環(huán)路濾波器最多進行三階濾波就可以，簡單幾步浮點乘法就能完成運算。同時因涉及到衛(wèi)星跟蹤環(huán)路的控制，實時性要求不能降低。組合算法控制下的跟蹤環(huán)路，重點問題是如何利用多信息融合處理，維持穩(wěn)定跟蹤，特別是在高動態(tài)環(huán)境下。目前每顆衛(wèi)星的跟蹤環(huán)路積分周期最低是1ms，所以以環(huán)路積分量計算環(huán)路控制頻率最高是ΙΚΗζ，即1ms完成所有衛(wèi)星的環(huán)路跟蹤頻率更新?？傊櫗h(huán)路對于運算實時性和控制實時性的要求很高，如果是多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，隨著衛(wèi)星數(shù)處理的增多，運算能力對于實時性的保證更為重要。
[0006]深組合算法對硬件平臺有著更高的運算能力和數(shù)據(jù)共享性能要求，同時系統(tǒng)所有時鐘要求同源，而且穩(wěn)定度要求更高。慣性/衛(wèi)星深組合算法硬件處理平臺，不同于松組合和緊組合方式，最終目的是實現(xiàn)慣性/衛(wèi)星算法的整體融合設(shè)計或者說一體化設(shè)計，以保障算法對于運算能力和實時性的要求。
[0007]目前深組合算法主要是在DSP芯片中實現(xiàn)的，一方面，要求DSP芯片運算處理能力要強大，可以完成純慣性解算、衛(wèi)星定位解算和深組合算法復(fù)雜浮點計算。另一方面，盡可能滿足實時性要求，lms必需處理完所有衛(wèi)星環(huán)路跟蹤頻率的更新，同時慣性計算與衛(wèi)導(dǎo)計算之間的信息傳輸共享，包括從基帶信號處理芯片(FPGA)到運算芯片(DSP)，慣性解算與組合運算信息共享，信息傳輸路徑要短，信息共享處理要快。慣性/衛(wèi)星采用緊組合的方式，慣導(dǎo)和衛(wèi)導(dǎo)是兩個獨立的板卡，各自有運算處理電路，板卡之間通過RS422接口進行通信。這種方式通信量及傳輸時間受采用的接口限制，不適合深組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為:現(xiàn)有的硬件平臺不能滿足慣性/衛(wèi)星深組合導(dǎo)航信息處理算法對于數(shù)據(jù)共享、時鐘同步、運算實時性和運算能力的要求。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述:
[0010]1、一種基于多核DSP的慣性/衛(wèi)星深組合信息處理硬件平臺，包括衛(wèi)星射頻前端模塊、ADC轉(zhuǎn)換模塊、慣性信息采集模塊、對外通信模塊、時鐘模塊和電源模塊，衛(wèi)星射頻前端模塊連接ADC轉(zhuǎn)換模塊，時鐘模塊和電源模塊為整個平臺提供時鐘和電壓，還包括衛(wèi)星基帶信息處理模塊和深組合信息處理模塊，衛(wèi)星基帶信息處理模塊分別與深組合信息處理模塊、慣性信息采集模塊和對外通信模塊相連接。
[0011]優(yōu)選的，所述衛(wèi)星射頻前端模塊把衛(wèi)星天線/多系統(tǒng)天線接收的射頻信號下變頻為模擬中頻信號，然后送入ADC轉(zhuǎn)換模塊中。所述衛(wèi)星射頻前端模塊包括低噪放芯片、濾波器、放大器、AGC模塊、晶振、鎖相環(huán)和下變頻器件，衛(wèi)星射頻前端模塊采用一次下變頻方式:天線接收到的衛(wèi)星信號先經(jīng)過低噪放芯片進行放大，然后經(jīng)過濾波器濾除帶外雜散信號，接著經(jīng)過放大器再次進行放大后，由下變頻器件將放大后的信號和本振信號進行混頻，混頻后信號變換為模擬中頻信號，再經(jīng)過放大器和AGC模塊功率控制后，傳輸?shù)胶蠹夒娐?，晶振和鎖相環(huán)用于產(chǎn)生本振信號。
[0012]優(yōu)選的，所述時鐘模塊為信息的采集、射頻本振、衛(wèi)星基帶信息處理模塊和深組合信息處理模塊提供統(tǒng)一的工作時鐘；所述時鐘模塊為恒溫晶振或銣鐘。
[0013]優(yōu)選的，所述ADC轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)對衛(wèi)星模擬中頻信號的數(shù)字采樣，采樣后的數(shù)據(jù)送入基帶信號處理模塊中，采樣率滿足采樣定律。
[0014]優(yōu)選的，所述慣性信息采集模塊采集IMU提供的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)流。
[0015]優(yōu)選的，所述基帶信號處理模塊完成兩種功能:衛(wèi)星信號抗干擾和衛(wèi)星基帶信號處理；抗干擾算法采用聯(lián)合空時抗干擾算法；衛(wèi)星信號基帶處理完成對衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤，實現(xiàn)大規(guī)模相關(guān)運算邏輯，在FPGA芯片中實現(xiàn)。
[0016]優(yōu)選的，所述深組合信息處理模塊進行衛(wèi)星定位解算、慣性信息解算以及組合解算，采用多核DSP芯片方案。
[0017]優(yōu)選的，所述對外通信模塊進行定位導(dǎo)航解算信息的對外傳輸，將經(jīng)衛(wèi)星基帶信息處理模塊和深組合信息處理模塊處理得到的組合導(dǎo)航結(jié)果交互至綜控設(shè)備及測試設(shè)備。
[0018]優(yōu)選的，所述深組合信息處理模塊采用四核DSP芯片方案，DSP任務(wù)劃分方案如下:DSP核1用于慣性導(dǎo)航解算，DSP核2用于慣性/衛(wèi)星深組合解算，DSP核3用于衛(wèi)星捕獲、跟蹤控制以及衛(wèi)星導(dǎo)航定位解算，DSP核4用于慣性信息采集以及對外結(jié)果數(shù)據(jù)通信。
[0019]優(yōu)選的，硬件平臺采用中斷的方式進行信息交互，中斷分為內(nèi)部中斷和外部中斷，外部中斷與DSP核4進行連接，包括:
[0020]1)基帶信息處理定時中斷，優(yōu)先級最高，完成衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤環(huán)路控制；
[0021]2)慣性信息采樣定時中斷，優(yōu)先級次高，完成慣性信息的讀入；
[0022]3)衛(wèi)星信息采樣定時中斷，完成衛(wèi)星基帶數(shù)據(jù)讀入，用于衛(wèi)星定位解算，該中斷和慣性信息采樣定時中斷共用同一定時時鐘；
[0023]4)對外通信中斷，完成外部設(shè)備數(shù)據(jù)的接收，優(yōu)先級最低；
[0024]四核DSP芯片