基于ZYNQ的GNSS/SINS车载组合导航系统设计与实现

作     者：余海翔 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张鹏;程鹏

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 080204[工学-车辆工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：车载导航 Linux 组合导航 ZYNQ 系统设计 

摘      要：随着各类交通工具的升级与发展,人们对车辆导航功能的追求也日益提升,基于卫星导航技术的传统式车载导航系统存在抗干扰性差、稳定性不足等问题。为提升车载导航系统的性能,将GNSS/SINS组合导航技术应用于车载导航系统,具有现实的研究意义。本文以ZYNQ为核心,进行了GNSS/SINS车载组合导航系统的设计,文章完成的主要工作如下:对导航误差模型、滤波算法、组合导航模式展开分析,确定了GNSS/SINS组合导航系统算法实现方案,建立了GNSS/SINS组合导航系统的数学模型,通过算法仿真验证了设计方案的可行性。针对嵌入式系统下组合导航算法运算量过大而导致系统实时性和稳定性降低的问题,提出“ARM+FPGA的硬件解决方案,以ZYNQ So C为核心搭建了GNSS/SINS组合导航系统的硬件平台,使用ZYNQ中FPGA部分实现系统中各种I/O功能,减轻ARM处理器的工作压力,使其更加专注于组合导航算法的处理过程,提升了导航数据的实时性和系统整体的运行效率。基于ZYNQ硬件平台完成了GNSS/SINS组合导航算法的移植。选用Qt对嵌入式软件进行开发,为硬件平台搭建了嵌入式Linux系统以及Qt程序运行环境。在ZYNQ平台实现了惯性导航数据采集及解析、卫星导航数据采集及解析、捷联惯性导航算法、卡尔曼滤波算法、数据展示、动态曲线绘制以及导航数据存储等功能。制定系统实验测试方案,对本文所设计的组合导航系统从精度、实时性以及稳定性三个方面展开测试。实验结果表明所设计的组合导航系统符合车载组合导航系统的实际应用需求,为车载组合导航系统的工程实现提供了一个可行的参考方案。