嵌入式导航解算装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种导航的解算装置。目前使用的解算装置存在软硬件分离、依赖操作系统、速度慢、精度差、体积重量大、耗电多及稳定性差等缺点。本实用新型专利技术的解算装置包括ＦＰＧＡ处理器模块、存储模块、４２９接口通信模块、２３２接口通信模块、状态显示模块、电源控制模块。存储模块、４２９接口通信模块、２３２接口通信模块、状态显示模块均与ＦＰＧＡ处理器模块连接；存储模块、４２９接口通信模块、２３２接口通信模块、ＦＰＧＡ处理器模块均与电源控制模块连接。本实用新型专利技术可以提高解算精度和处理速度，有效地处理导航数据，降低误差。从而提高整个系统的可靠性、反应速度、特别是数据处理速度，使系统的导航能力大大提高。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于航空导航
，涉及一种导航的解算装置。
技术介绍
惯性导航系统是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的 自主式导航系统。它不但具有很好的隐蔽性，而且可以提供包括载体的位 置、速度、航向和姿态角在内比较完整的导航数据。但是，惯性导航系统 的导航误差随着时间的增加累积，使得导航精度随着时间增长而变差，这 是惯性导航系统的主要缺点。目前，与惯性导航系统配合使用的解算装置 的主处理器多为工控机， 一般包括中央处理器、接口电路、内存储器和电 源等部分。存在软硬件分离、依赖操作系统、速度慢、精度差、体积重量 大、耗电多及稳定性差等缺点，制约了导航系统的发展。随着EDA (Electronic Design Automation,电子设计自动化)技术的 发展，基于FPGA (Filed Programmable Gate Array,场可编程门阵列)的 SOPC (System on Programmable Chip,可编程片上系统)技术已经成为嵌 入式系统设计领域中一个新热点，它已不是一种功能单一的单元电路，而 是将接口技术、信号采集、信号处理等功能集成在一起，成为一个专门用 途的电子系统。将SOPC技术与导航定位理论相结合设计导航解算系统， 可以实现导航解算系统的小型化、专用化，提高系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种可靠性强、反应 速度快、准确性高的解算装置。本技术的解算装置包括FPGA处理器模块、存储模块、429接口 通信模块、232接口通信模块、状态显示模块、电源控制模块。存储模 块、429接口通信模块、232接口通信模块、状态显示模块均与FPGA处 理器模块连接；存储模块、429接口通信模块、232接口通信模块、FPGA 处理器模块均与电源控制模块连接。存储模块包括系统配置存储模块和地 面台数据库存储模块。FPGA处理器模块、存储模块、429接口通信模块、232接口通信模 块、状态显示模块、电源控制模块均采用现有的产品。如FPGA处理器模块采用ALTERA公司Cyclone系列FPGA，它内嵌 NIOS II软核，控制解算系统，完成系统的初始化，并根据429接口接收 到的数据和地面台的加载数据进行运算处理，解算出飞机所在的经、纬 度，发送给惯性导航系统。ARINC429数字信息传输规范是专为航空电子系统通信规定的航空工 业标准。装置中，429接口通信模块采用HOLT公司的ARINC429接口集 成芯片HI-8582-10。芯片具有两路数据传输速率可分别设置的接收器，一 路传输数据速率可设的发送器。高速传输速率为100k，低速传输速率为 12.5k。通过该接口，分别接收机载塔康设备输出的距离、方位、台站识 别信息和机载大气数据计算机的气压高度数据，发送实时解算出的经度、 纬度数据。RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。在装置 中，数据库加载模块通过该232接口通信模块为装置加载地面塔康台的位 置信息。FPGA芯片虽然集成了 UART的IP模块，能实现232接口通信 模块的异步时序逻辑，但是不能直接驱动232接口通信模块，所以系统通 过RS232串口通信时，在FPGA和232接口通信模块之间要加电压转换 芯片，本装置采用Maxim的max3232芯片。存储模块主要是存放地面台的数据库信息以及系统的软件代码。采用 容量为4M的flash芯片EPCS4作为地面台数据库存储模块，另外，由于 系统运行时与flash芯片传输数据比较慢，设计中选用CYPRESS公司的 容量为256Kxl6bit的高速静态存储器CY7C1041V33作为系统配置存储模 块，用于存储系统运行过程中的程序和需要处理的大量临时代码。状态显示模块采用LED作为装置运行状态指示，包括电源指示、接 收大气机数据指示、接收塔康数据指示、发送数据指示、加载塔康台数据 库指示。电源控制模块为装置各个模块提供正常工作所需的电压。在导航解算 装置硬件电路中，FPGA芯片需要3.3V和1.5V的直流电压，RS232接口 芯片需要3.3V电压，429接口芯片的工作电压是直流5V和士10V。通过直 流稳压电源可同时提供5V和士10V电压，直接为ARINC429接口芯片HI-8582供电，而要想得到3.3V和1.5V直流电压，需要使用DC-DC模块， 将5V分别转换为3.3V和1.5V。 5V转换为3.3V的电源转换模块选择固 定输出的DC-DC模块LM1117-3.3，完成从5V到3.3V的转换过程。5V 转换为1.5V的电路选用的是可调输出的DC-DC模块LM1117MPX-ADJ。本技术的解算装置基于SOPC技术，在体积、重量、速度、精 度、功耗、可靠性和自主知识产权等方面都有着很大的优越性，可以广泛 应用于航空、汽车、船舰等运载器上。该装置通过航空电子系统中机载塔 康导航设备输出的距离、方位、地面塔康台的位置信息数据以及大气数据 计算机输出的高度信息，实时解算出飞机的位置，为惯性导航系统提供经 度纬度，修正惯性导航系统的累积误差。本技术在体积、重量、速 度、精度、功耗和可靠性等方面都有着很大的优越性，可以广泛应用于航 空、汽车、船舰等运载器上。本技术的解算装置可以提高解算精度和处理速度，有效地处理导 航数据，降低误差。从而提高整个系统的可靠性、反应速度、特别是数据 处理速度，使系统的导航能力大大提高。附图说明图1为本技术的结构示意图2为采用该装置解算中的三维球面位置关系图3为图2解算方法中具体定位关系图。具体实施方式如图1，嵌入式导航解算装置包括FPGA处理器模块1、存储模块 5、 429接口通信模块4、 232接口通信模块3、状态显示模块2、电源控 制模块6。存储模块5、 429接口通信模块4、 232接口通信模块3、状态 显示模块2均与FPGA处理器模块1连接；存储模块5、 429接口通信模 块4、 232接口通信模块3、 FPGA处理器模1块均与电源控制模块6连 接。存储模块5包括系统配置存储模块和地面台数据库存储模块。处理器模块通过429接口模块接收机载塔康和机载大气数据计算机的 数据，通过232接口模块为装置加载地面台数据库。存储模块存储232接 口加载的数据库，同时保存装置运行时的临时代码。状态显示模块作为装 置运行状态的指示，包括电源指示、接收大气机数据指示、接收塔康数据 指示、发送解算数据指示、加载地面塔康台数据库指示。电源模块分别为 装置各个模块提供正常工作的电压，其中处理器模块工作电压为3.3V和 1.5V，存储模块工作电压为3.3V， 232接口模块工作电压为3.3V， 429接 口模块工作电压为5V、 10V和-10V。该嵌入式导航解算装置的主处理器模块内嵌NIOS II软核，同时包括 CPU与外围电路的接口，完成导航解算工作和实现接口电路的控制；处 理器存储模块包括存储系统配置信息和数据库的存储芯片和存储装置运行时临时代码的存储芯片。系统配置芯片采用处理器专用的配置芯片EPCS4，主要是存放软件代码和地面台数据库，加电时对FPGA进行配 置；信息运行时，主要是通过片外SRAM存储系统运行时的代码和数 据。本文档来自技高网...

【技术保护点】
嵌入式导航解算装置，其特征在于该装置包括ＦＰＧＡ处理器模块、存储模块、４２９接口通信模块、２３２接口通信模块、状态显示模块、电源控制模块；存储模块、４２９接口通信模块、２３２接口通信模块、状态显示模块均与ＦＰＧＡ处理器模块连接；存储模块、４２９接口通信模块、２３２接口通信模块、ＦＰＧＡ处理器模块均与电源控制模块连接；所述的存储模块包括系统配置存储模块和地面台数据库存储模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建萍，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]