[发明专利]一种NEXT系列产品OMAP和FPGA计算系统

说明书

技术领域

本发明属于导航系统领域的具体应用，尤其涉及一种NEXT系列产品OMAP和FPGA计算系统。

背景技术

随着现代科学技术的发展，仿生偏振光传感器由于其独特的优点成为了研究的热点，并在导航中得到了越来越广泛的应用。而现在器件正趋于小型化、集成化，微惯性测量单元成为了惯性导航界研究的重点。利用仿生偏振光传感器辅助微惯性测量单。元完成导航任务，不仅应用范围不受限制，而且可以抑制惯性器件的误差累积，使微惯性器件的导航精度得到进一步提高。

国外早在上世纪60年代，瑞士苏黎世大学动物学院的Wehner教授在研究沙蚁生物学时，同时研究了沙蚁的偏振光导航机理。出发点是沙蚁行为学，通过开展电生理学试验并利用生物解剖学对沙蚁的导航机制进行了探索，沙蚁导航信息的来源被发现并研究了其偏振视觉功能，提出了它的光电模型：沙蚁的单个小眼感知偏振光。并成功设计了仿生导航机器人，能够对沙蚁的导航行为进行模仿，借助于视觉传感器，实现了在地面上沙蚁的导航功能。其中Sahabot系列机器人，最具有代表性，它的仿 生偏振光导航罗盘是由Lambrinos利用Wehner提出的单个小眼感知偏振光的光电模型设计的。

相对于国外，国内对于仿生偏振光导航的研究，起步比较晚，不过也取得了一定的研究成果。尤其是近几年来，对偏振光导航的相关研究扩展到了越来越多的研究机构。哈尔滨工业大学的博士卢鸿谦通过仿真证实了一种有效的组合导航系统：将偏振光导航与天文导航、惯性导航组合起来；褚金奎教授带领他的大连理工大学的团队成员将仿沙蚁偏振光导航与MEMS技术结合起来，先是设计出了基于金属光栅的偏振器，再根据Point-source测量方法，成功将偏振光导航传感器研制出来；2009年，北京大学也开始研究偏振光导航，其代表是晏磊教授 ，他分析了天空偏振模式图动态变化和单次散射条件下的偏振理论；北京邮电大学的杨福兴教授研究设计了一种偏振光导航的光电测试系统，并利用偏振光导航的并发式模型对实验数据进行了处理，实现结果验证 了系统设计的有效性。

目前，美国、俄罗斯、澳大利亚、瑞士、瑞典的学者都在对仿生偏振光导 航进行研究。作为一种新颖的导航技术，仿生偏振光导航引起了国内外科研人员的广泛关注。仿生偏振光导航是一种新型自主的导航方法，它基于地球自然光偏振特性，所以只要有自然光的地方，就可以进行偏振光导航。它以如沙蚁所具有的特别敏感的偏振视觉感知与导航功能为生物基础，其理论依据为太阳光的自然偏振特性，通过对大气偏振模式的检测和处理，提取出相应的信息，经过大脑和神经元的解算，判断出载体的航向。在卫星导航信号比较弱或无的陌生环境里，这种自主导航方式非常适合。

微惯性系统的长期导航的精度低，误差发散快，无法独立完成导航，并且微惯性系统的缺点是误差随着时间的累积而迅速累积。本发明将仿生偏振光传感器和微惯性系统有机结合起来，可以使组合后的导航系统性能比任意一个单独导航系统使用时有很大的提高。仿生偏振光/微惯性系统组合导航，取各自长，补各自短，克服了各自缺点，使综合后的导航精度高于两个系统单独工作的精度。

发明内容

为了设计一种基于DSP﹢FPGA架构的导航系统，发挥DSP强大的数据处理能力优势，发挥FPGA强大的逻辑控制能力以及丰富的I/O资源优势：使DSP专注于导航解算，FPGA扩展多路串口，用以接收导航所需的各种数据。本发明的目的在于提供一种NEXT系列产品OMAP和FPGA计算系统，该发明具有结构简单、集成度高、功耗低、运算速度快的特点。

为了实现上述系统，本发明采取的技术方案是：

一种NEXT系列产品OMAP和FPGA计算系统，其特征在于该系统由FPGA系统、DSP系统、仿生偏振光传感器、A/D转换电路、里程计、MEMS、北斗/GPS、高程计、PC机构成；具体的，A/D转换电路首先将仿生偏振光传感器采集到的偏振光信号转换成数字量，和MEMS数据一同输入FPGA系统，FPGA系统对数据进行整合和预处理并通过EMIFA接口输入DSP系统，DSP系统对接收的数据进行导航解算，便可以得到导航所需的速度、位置信息，将高程计信息输入DSP系统经解算可以得到海拔高度信息，同时还将里程计数据导入DSP系统，对导航解算进行校准，使解算的结果更加精确，最终，通过PC机可将导航信息显示出来，同时PC机还用于系统的硬件调试，因天气因素和地形因素，在有些时刻和地域，偏振光的采集可能会遇到障碍，基于卫星导航的高精度与实时性，因此特殊情况下系统会使用到卫星导航，这样，该系统便实现了地面导航所需的位置、速度、海拔信息。