[发明专利]一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置

说明书

技术领域

本发明属于导航领域，尤其涉及一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置。

背景技术

20世纪90年代初，美国国防部实验室理事联合会提出了“数据融合”的概念，是指将由 不同传感器收集的数据，将其关联并融合，最后得到准确的目标识别、状态估计及威胁评估。 而在传统的导航领域，传统的单一导航系统，其精度和可靠性无法满足复杂的战场环境，所 以将不同种类的导航系统装配在统一平台协同工作实现更高效的导航定位系统成为人们关注 的方向。

组合导航系统也是一种多传感器信息融合系统，每个导航系统独立工作时有自身无法回 避的缺陷，而对于组合导航系统，可以实现不同导航系统之间的优势互补，有助于提升动态 定位精度，保证系统稳定运行，提高系统容错性。当今世界主流的组合导航系统有：GPS/INS、 INS/天文导航、GPS/罗兰等等，而我国目前主推北斗导航系统，所以北斗/INS+其他传感器的 组合导航系统拥有巨大的开拓空间。

目前，导航计算机系统大部分采用了DSP技术，比较典型的方式是采用微控制器(MCU) 作为主机完成数据采集与控制功能，采用DSP芯片完成信息处理功能的合理分配方式。而随着 FPGA在数据处理方面的发展，越来越多的人开始采用FPGA来实现硬件设计，使得导航系统向 微小型化、高性能化和低成本化方向不断发展。同时仅仅利用单芯片完成导航系统的设计， 不仅缩短了设计周期，而且减少了设计者的开发难度。但是，以FPGA平台为导航计算机的组 合导航系统在对传感器数据进行接收和解码时通常需要编写相应的代码而后交由CPU进行处 理，从而导致了FPGA的整体执行效率降低。

多传感器组合导航系统多采用分布式卡尔曼滤波器进行数据融合处理，但并未对传感器 的使用环境进行关注，可能导致所采集数据由于外界使用环境的恶劣而影响到传感器的测量 精度，从而影响滤波精度。所以，有必要根据外界使用环境的变化选择使用合适的传感器数 据，最终使得滤波器的滤波精度得到保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了解决目前FPGA作为导航计算机在处理接收和解码传 感器数据时会导致FPGA的整体执行效率降低的问题，并且消除由于未考虑传感器使用环境而 对导航精度带来的潜在影响，本发明提供了一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置，包含数据接收模块、第一数据存储 模块、状态选择滤波器模块、第二数据存储模块；

其中，数据接收模块包含北斗接收机、六轴IMU惯性测量单元、三轴磁力计、气压计和 激光测距仪以及分别与北斗接收机、六轴IMU惯性测量单元、三轴磁力计、气压计和激光测 距仪一一对应连接的北斗IP核模块、IMU IP核模块、三轴磁力计IP核模块、气压计IP核模 块、激光测距仪IP核模块；

其中，数据接收模块，用于北斗接收机、六轴IMU惯性测量单元、三轴磁力计、气压计 和激光测距仪数据的接收和解码；

第一数据存储模块，用于存储由北斗IP核模块、IMU IP核模块、三轴磁力计IP核模块、 气压计IP核模块、激光测距仪IP核模块解码完成后的数据；

状态选择滤波器模块，用于根据实时高度确定相应的传感器使用策略，并对北斗接收机、 六轴IMU惯性测量单元、三轴磁力计、气压计和激光测距仪解码完成后的数据进行局部最优 估计，进而获取北斗接收机、六轴IMU惯性测量单元、三轴磁力计、气压计和激光测距仪状 态向量的最优估计；

第二数据存储模块，用于存储状态向量的最优估计，进而通过对载体的导航信息进行校 正，获取最优导航信息。

作为本发明一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置的进一步优选方案，北斗 IP核模块、IMU IP核模块、三轴磁力计IP核模块、气压计IP核模块、激光测距仪IP核模块 均通过运用VHDL语言编写。

作为本发明一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置的进一步优选方案，所述 状态选择滤波器模块包含分布式卡尔曼滤波器、逻辑判断模块；所述逻辑判断模块用于设定 传感器转换策略；所述分布式卡尔曼滤波器用于结合逻辑判断模块输出结果对各传感器的解 码数据进行处理。

作为本发明一种基于FPGA及RTOS的多传感器融合导航装置的进一步优选方案，所述 第一数据存储模块和第二数据存储模块采用双端RAM。