基于ARM和FPGA的低成本组合导航系统的设计-论文

随着微机电系统（MEMS）技术的发展，低成本、高可靠性的导航系统设计需求日益增长。本文探讨了基于ARM处理器和FPGA（现场可编程门阵列）技术的组合导航系统设计方案，该方案旨在实现高精度低成本的导航系统，广泛应用于民用领域。 关键词MEMS（微机电系统）、ARM、SCCl300-D04、组合导航系统 引言部分强调了MEMS技术在惯性测量元件领域的应用前景，其低成本、小型化和抗冲击性能，使得MEMS惯性传感器成为替代传统光纤陀螺、激光陀螺和石英挠性加速度计的理想选择。尤其是在成本敏感的民用导航领域，MEMS技术的应用前景广阔。 在系统总体设计方面，本系统主要目标是为车载设备提供高精度的导航信息，包括姿态角、航向、经纬度以及三维速度等。系统设计需要满足特定的性能指标，比如陀螺和加速度计的采样率、导航信息的输出刷新率，以及静止和动态状态下的定向精度要求。为了实现这些要求，系统采用了VTI公司的SCCl300-D04MEMS组合式传感器，该传感器整合了MEMS陀螺仪和加速度计。此外，系统集成了ARM和FPGA芯片，以及GPS接收机，以保证数据处理和导航计算的效率与准确性。 文章还详细介绍了系统各个模块的设计，尤其关注了GPS接收机的配置、FPGA与ARM芯片STM32F415RG之间的数据通信，以及MEMS传感器硬件电路的设计。这些模块是整个系统的核心，它们的协同工作确保了系统能够输出高精度的导航信息。 ARM处理器在这里起到中心处理单元的作用，负责处理来自FPGA的数据以及GPS接收机的信息，执行复杂的导航算法，并控制整个系统的运行。FPGA则用于处理来自MEMS传感器的原始数据，包括对数据的同步、滤波和初步处理等任务。FPGA的并行处理能力和高速性能使其成为处理高速传感器数据的理想选择。GPS接收机提供外部定位信息，协助修正和提升系统导航的精度。 文章提到了通过试验验证了设计的正确性。试验验证是任何导航系统设计的关键步骤，它确保了理论设计能够成功转化为实际工作系统。系统在实际应用中的表现，如静态和动态下的定位精度等，都会直接影响其市场竞争力。 文章探讨了一种基于MEMS传感器技术的低成本组合导航系统设计，利用了ARM处理器和FPGA的各自优势，实现了一种既成本低又性能优的导航系统。通过选用高性能、低功耗的MEMS传感器，以及高效的数据处理方案，系统能够满足当前民用导航领域的应用需求。同时，通过理论与实验相结合的方法，验证了设计的有效性，为未来导航系统的开发和应用奠定了基础。