基于FPGA的高速捷联姿态测量系统设计与实现

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论文以制导炮弹的捷联式惯导系统为背景,研究了高速、高动态环境下,捷联姿态测量系统的FPGA设计实现,尤其是捷联姿态解算算法、通信模块和姿态角信息储存的FPGA设计技术。  论文首先研究了基于FPGA架构的捷联姿态测量系统的总体方案,确定了FPGA硬件平台的技术指标,设计了系统模块间的通信模式,并研究了一种基于等效旋转矢量的二子样优化的姿态解算算法。论文接着研究了捷联姿态测量系统通信模块的FPGA设计,制定了收发通信协议,基于状态机实现了RS422的串行通信。论文随后研究了捷联姿态解算算法的FPGA实现。通过Matlab仿真分析算法的性能,并利用Xilinx提供的浮点操作器和CORDIC IP核,在FPGA中实现算法并仿真验证。论文还提出了一种PCM数据存储和以太网传输数据的FPGA实现方案。利用Xilinx的MicroBlaze软核处理器,实现了数据高效存储和传输的功能。最后,论文给出了关联各个功能模块的系统项层模块设计实现和实验结果。  论文研究的基于FPGA核心的捷联姿态测量系统,具有高速度、高精度和小型化的特点,通过对姿态角信息的实时处理、传输和存储,为制导炮弹相关的导航制导系统的数据分析、处理和仿真验证提供了有力支持。
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