一种基于多核DSP的惯性/卫星深组合信息处理硬件平台制造技术

本发明专利技术属于惯导系统技术领域，具体涉及一种基于多核DSP的惯性/卫星深组合信息处理硬件平台。本发明专利技术的硬件平台，包括依次连接的卫星射频前端模块、ADC转换模块、卫星基带信息处理模块、深组合信息处理模块以及分别与卫星基带信息处理模块连接的惯性信息采集模块和对外通信模块，还包括为整个平台提供时钟的时钟模块和为整个平台供电的电源模块。本发明专利技术解决了现有的硬件平台不能满足惯性/卫星深组合导航信息处理算法对于数据共享、时钟同步、运算实时性和运算能力的要求的技术问题。本发明专利技术减小了硬件体积，降低了硬件功耗，节省了硬件成本，保证了时钟的一致性和实时性的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于惯导系统
，具体涉及一种基于多核DSP的惯性/卫星深组合信息处理硬件平台。
技术介绍
惯性导航系统以自主、隐蔽性强、全天候、抗干扰、输出信息量大、输出信息实时性强等突出优点，已成为航空、航天、航海、陆地导航及大地测量等领域不可缺少的重要组成部分，但其高精度会随时间增长而降低。卫星导航系统(GPS、GL0NASS、北斗等)是一种高精度的导航定位系统，可以给用户提供经度、纬度、高度、速度以及时间等信息，在军事领域和民用领域得到了广泛应用。但由于信号易受干扰和载体高动态这两方面的局限性都会导致用户设备无法正常获取卫星信号，因而不能产生定位信息，这很大程度上局限了卫星导航系统的应用。组合导航是采用两种或两种以上导航系统，形成的性能更高、安全性和可靠性更强的导航方式。惯性导航系统和卫星导航系统在性能上具有很强的互补性，将两者组合不仅可以充分发挥各自的优势，而且随着组合程度的加深，惯性/卫星组合系统的总体性能要远远优于各独立系统。利用卫星导航系统的长期稳定性与适中精度，来弥补惯性导航系统的误差随时间传播或增大的缺点，同时再利用惯性导航系统的短期高精度来弥补卫星导航接收机在受干扰时误差增大或遮挡时丢失信号等的缺点，提高卫星导航的动态性能和抗干扰能力和卫星的重新捕获能力，从而实现完整的高精度、高可靠性、高稳定性、高适用性、持续全天候的导航，广泛应用于海、陆、空、天各领域，包括导弹、飞机、轮船、车辆、机器人等的导航。目前松散、紧密这两种组合模式应用较为广泛。然而，随着高速飞行器、先进飞航导弹等对高精度、高可靠性、高稳定性、高适用性导航性能的需求，深组合逐渐成为惯性/卫星组合系统的最具发展前景的技术。深组合算法对运算能力和实时性都提出了很高的要求。惯性/卫星深组合算法是惯性和卫星的融合导航算法，通过两种信息集中处理来提升整机性能。惯性与卫星导航的深度耦合算法，即深组合算法的研究主要集中在联合滤波器的设计上。和紧组合方式相比，因深组合滤波器要兼顾到每颗卫星跟踪环路的控制，相比于惯性紧组合算法，KALMAN滤波器维数由十几维增加到几十维；或者是每一颗卫星都用一个KALMAN滤波器进行控制。相比于传统卫星接收机二三阶跟踪环路滤波器，深组合滤波器运算更加复杂，运算量更大，因为KALMAN滤波要涉及到多步迭代和矩阵求逆，而传统卫星接收机跟踪环路滤波器最多进行三阶滤波就可以，简单几步浮点乘法就能完成运算。同时因涉及到卫星跟踪环路的控制，实时性要求不能降低。组合算法控制下的跟踪环路，重点问题是如何利用多信息融合处理，维持稳定跟踪，特别是在高动态环境下。目前每颗卫星的跟踪环路积分周期最低是1ms，所以以环路积分量计算环路控制频率最高是ΙΚΗζ，即1ms完成所有卫星的环路跟踪频率更新。总之，跟踪环路对于运算实时性和控制实时性的要求很高，如果是多卫星导航系统，随着卫星数处理的增多，运算能力对于实时性的保证更为重要。深组合算法对硬件平台有着更高的运算能力和数据共享性能要求，同时系统所有时钟要求同源，而且稳定度要求更高。惯性/卫星深组合算法硬件处理平台，不同于松组合和紧组合方式，最终目的是实现惯性/卫星算法的整体融合设计或者说一体化设计，以保障算法对于运算能力和实时性的要求。目前深组合算法主要是在DSP芯片中实现的，一方面，要求DSP芯片运算处理能力要强大，可以完成纯惯性解算、卫星定位解算和深组合算法复杂浮点计算。另一方面，尽可能满足实时性要求，lms必需处理完所有卫星环路跟踪频率的更新，同时惯性计算与卫导计算之间的信息传输共享，包括从基带信号处理芯片(FPGA)到运算芯片(DSP)，惯性解算与组合运算信息共享，信息传输路径要短，信息共享处理要快。惯性/卫星采用紧组合的方式，惯导和卫导是两个独立的板卡，各自有运算处理电路，板卡之间通过RS422接口进行通信。这种方式通信量及传输时间受采用的接口限制，不适合深组合。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题为:现有的硬件平台不能满足惯性/卫星深组合导航信息处理算法对于数据共享、时钟同步、运算实时性和运算能力的要求。本专利技术的技术方案如下所述:1、一种基于多核DSP的惯性/卫星深组合信息处理硬件平台，包括卫星射频前端模块、ADC转换模块、惯性信息采集模块、对外通信模块、时钟模块和电源模块，卫星射频前端模块连接ADC转换模块，时钟模块和电源模块为整个平台提供时钟和电压，还包括卫星基带信息处理模块和深组合信息处理模块，卫星基带信息处理模块分别与深组合信息处理模块、惯性信息采集模块和对外通信模块相连接。优选的，所述卫星射频前端模块把卫星天线/多系统天线接收的射频信号下变频为模拟中频信号，然后送入ADC转换模块中。所述卫星射频前端模块包括低噪放芯片、滤波器、放大器、AGC模块、晶振、锁相环和下变频器件，卫星射频前端模块采用一次下变频方式:天线接收到的卫星信号先经过低噪放芯片进行放大，然后经过滤波器滤除带外杂散信号，接着经过放大器再次进行放大后，由下变频器件将放大后的信号和本振信号进行混频，混频后信号变换为模拟中频信号，再经过放大器和AGC模块功率控制后，传输到后级电路，晶振和锁相环用于产生本振信号。优选的，所述时钟模块为信息的采集、射频本振、卫星基带信息处理模块和深组合信息处理模块提供统一的工作时钟；所述时钟模块为恒温晶振或铷钟。优选的，所述ADC转换模块实现对卫星模拟中频信号的数字采样，采样后的数据送入基带信号处理模块中，采样率满足采样定律。优选的，所述惯性信息采集模块采集IMU提供的惯导数据流。优选的，所述基带信号处理模块完成两种功能:卫星信号抗干扰和卫星基带信号处理；抗干扰算法采用联合空时抗干扰算法；卫星信号基带处理完成对卫星信号的捕获和跟踪，实现大规模相关运算逻辑，在FPGA芯片中实现。优选的，所述深组合信息处理模块进行卫星定位解算、惯性信息解算以及组合解算，采用多核DSP芯片方案。优选的，所述对外通信模块进行定位导航解算信息的对外传输，将经卫星基带信息处理模块和深组合信息处理模块处理得到的组合导航结果交互至综控设备及测试设备。优选的，所述深组合信息处理模块采用四核DSP芯片方案，DSP任务划分方案如下:DSP核1用于惯性导航解算，DSP核2用于惯性/卫星深组合解算，DSP核3用于卫星捕获、跟踪控制以及卫星导航定位解算，DSP核4用于惯性信息采集以及对外结果数据通信。优选的，硬件平台采用中断的方式进行信息交互，中断分为内部中断和外部中断，外部中断与DSP核4进行连接，包括:1)基带信息处理定时中断，优先级最高，完成卫星信号的捕获和跟踪环路控制；2)惯性信息采样定时中断，优先级次高，完成惯性信息的读入；3)卫星信息采样定时中断，完成卫星基带数据读入，用于卫星定位解算，该中断和惯性信息采样定时中断共用同一定时时钟；4)对外通信中断，完成外部设备数据的接收，优先级最低；四核DSP芯片当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多核DSP的惯性/卫星深组合信息处理硬件平台，包括卫星射频前端模块(1)、时钟模块(2)、ADC转换模块(3)、惯性信息采集模块(4)、对外通信模块(7)、和电源模块(8)，卫星射频前端模块(1)连接ADC转换模块(3)，时钟模块(2)和电源模块(8)为整个平台提供时钟和电压，其特征在于：还包括卫星基带信息处理模块(5)(5)和深组合信息处理模块(6)，卫星基带信息处理模块(5)(5)分别与深组合信息处理模块(6)、惯性信息采集模块(4)和对外通信模块(7)相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左启耀，徐晓松，胡文涛，李峰，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11