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GPS信号中断时惯导芯片的位置信息感知系统设计

 

      简介:基于惯性导航芯片ADIS16003,在GPS信号中断的情况下,详细设计和验证了模拟GPS系统,实现了移动物体当前GPS信息的推算。系统采用FPGA驱动ADIS16003的SPI接口,依靠惯导原理获取移动物体实时加速度,并以外部中断方式通知DSP从EMIF接口读取。DSP利用信号中断前的有效GPS信息,通过相关位置检测算法,计算出GPS经纬度信息,由HPI接口上报高层,保证了移动物体全天候位置感知能力,已在某大型通信系统中得到应用。
关键词:FPGA;SPI;ADIS16003;惯性导航;EMIF

    引言
    当今社会,GPS卫星定位系统早已广泛应用于人们的社会生活中,如交通工具导航、个人定位服务等。但在某些情况下,由于物体遮蔽、散射等原因,我们无法实时接收到GPS卫星信号(比如列车进入隧道)。所以有必要研究在GPS信息缺失的情况下,如何通过一定的算法产生
模拟GPS信息,从而实现全天候的无缝位置感知。这在某些对位置信息敏感的场合中就显得非常急迫和重要。

1 惯导芯片简介
    ADIS16003是ADI公司的一款低成本、低功耗,具有SPI接口的双轴加速度计,属MEMS传感器件。它可以测量动态和静态加速度并以数字量输出,测量范围最小可以达到±1.7 g,同时还集成了温度传感器,可用于惯性导航、振动检测和稳定性测试等场合中。
    SPI是串行外围设备接口,是Motorola公司首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。目前已广泛应用在EEPROM、Flash、实时时钟、A/D转换器以及数字信号处理器和数字信号解码器之间,是一种高速的全双工同步通信总线。SPI通信只需要4根线,分别为SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCK(时钟)和CS(片选)。通信是通过数据交换的方式完成的。SPI接口使用串行通信协议,由SCK提供时钟脉冲,SDI、SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线,数据在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取,完成一位数据传输。数据输入也使用同样的原理。

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    ADIS16003的SPI接口通信时序及控制寄存器配置如图1、图2所示。其中,常用控制字为00000100和00001100,分别表示以正常模式采集X轴和Y轴双轴轴向加速度。

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