基于DSP的水下机器人组合导航系统设计
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《 业 控 制 计 算 机 ｝ ０ ０年 第 ２ 工 ２１ ３卷 第 ４期
基于 Ｄ Ｐ的水下机器人组合导航系统设计 Ｓ
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｓｇ ｆ ＡＵＶ Ｉ ｔ ｇ ａ ｅ Ｎａ ｉ ｔ ｎ Ｓｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｎｅ ｒｔ ｄ ｖｇａ ｉ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ＤＳ ｏ
图 １ 组 合 导 航 系 统 总体 设 导 航 运 算 速 度 和 精 度 的 同 时 ，还 要 具 有
丰 富 的外 设 接 口 ， 便 与 外 部 多 传 感 器 进 行 数 据 通信 。 方 木文 所 研
２ １ 串 口 电路 设 计 ．
究 的导 航 计 算 机 采 用 了单 片 机 和 Ｄ Ｐ 的双 ＣＰ 方 案 ，可 以兼 Ｓ Ｕ 顾 系统 数 据 ＩＯ 功 能 和 运 算 功 能 ， 现 两 者 合 理 的分 配 ， 时保 ／ 实 同
测 值作 为卡 尔 曼 滤 波 的 量 测 值 ，既 可 以用 精 度 高 的子 系 统 的 信
基。的据 模 于ｓ数 算块 运
２ 系统 硬 件 设 计
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息 修正 惯 导 误 差 ，又 可 以 用 惯 导 对 动 态 响应 慢 的子 系统 作 补偿 和 校正 ， 而综 合 发 挥 各 自优 点 。 从
证 双 ＣＰ 间 高 速 的数 据 通 信 。 Ｕ １ 系统 结 构 组 成
本 系 统 的 Ｉ 和磁 罗 盘 均 以 Ｒ ２ ２串 口形 式 输 出 数 据 ， ＭＵ Ｓ３
Ｋｅ ｗｏｒｓ： ｔ ｇｒｔ Ｎａｖｇ ｔ ｓｅｍ ， ｙ ｄ ｌ ｅｒ ａｅｄ ｎ ｉａ ｉ Ｓｙ ｔ ｏｎ ＤＳＰ， ＭＣＵ， ｌ Ｋａｍａｎ Ｆｉｅｒ ｌ ｔ
微 小 型 自主 水 下 机 器 人 导 航 方 式 作 为 其 关 键 技 术 之 一 ， 成 为 近 些 年来 国 内外 研 究 的热 点 。捷 联 惯 性 导 航 是 最 常 见 和 应 用
ｉｉ
双通 机讯
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器 的信 息 ， 它 们 优 势 互 补 ， 过 卡 尔 曼 滤 波 ， 出 系 统 导 航 参 使 经 得
数 的 最 优估 计 ， 以获 得 比使 用 单 一 导 航 系统 更 高 的性 能 和 导 航
精 度 。采 用 磁 罗 盘 和 深 度 计 分 别 与 捷 联 惯 导 系统 构成 的 组 合 量
ｃ ｏｍ ｐ ｔ ｄ ｕ ｅ ａｎ ｐｒｃｅ ｓｗｈｌ ｕ ｉｇ ｏ ｓ， ｉ ｅ ｓｎ ｄｕ —ｐｏｒ ＲＡＭ ｏ ｎ ｒ ｈｇｈ ｐｅ ｄ ｔ ｏｍ ｍｕｎｃ ｔ ｂｅｗｅ ｗｏ ａｌ ｔ ｔ ｅ ｓｕｅ ｉ ｓ ｅ ｄａ ａ ｃ ｉａ ｉ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔ ＣＰ Ｆｎ ｌ． ｒ ｕｇｈ Ｕ ｉａｌ ｔ ｏ ｙｈ ａｎ ｅ ｅｒ ｅ ｔｏ ｕｎ ｎ ｃ ．ｎｓ ｒ ｈ ｎ ｖｇａ ｉ ｍ ｐｕｅｒｃ ｕ ｅ ｘｐ ｉ ｎ ｆ ｒ ｎｉｇ ａｒ ｍ ｅ ｕ ｅ ｔ ａｔ ａ ｉ ｔ ｏｎ ｃｏ ｔ ａｎ ｆｓ ｍｕｌ－ｓ ｎｓ ａｖｇ ｉｎ ｉｆ ｍ ａ ｉ ｆｉ ｅｎｌ． ｔ ｅ ｏｒｎ ｉａｔ ｎｏｒ ｔ ｉ ｏ ｏｎ ｅ ｃｉ ｔ ｙ
效 的 融合 多传 感 器的 导 航 信 息 ， 到 运 载 体 导 航 定 位 的 精 度 和 性 能要 求 。 达
关键词 ： 组合 导航 ， Ｓ ， 片机 ， 尔 曼滤 波 ＤＰ单 卡
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒｃ
Ｔｈｓ ａｐｅ ｖｅｏｐｓ ｉ ｐ ｒ ｄｅ ｌ ａｎ ｎ ｅ ｇｒｔ ｄ ａ ｇａ ｉ ｓ ｓ ｅ ｉｔ ｒ ａ ｅ ｎ ｖｉ ｔ ｏｎ ｙ ｔ ｍ ｂａ ｅｄ ｓ ｏｎ ＤＳＰ＋ＭＣＵ ｍ ａ ｔ －ｓａ ｅ ｓｅｒ ｌｖ ｄｕ ＣＰＵ ａ ｃ ｔ ｃ ｕ ｅａ ｔ ａｌ ｒ ｈｉ ｔ ｒ ，ｔ ｈｅ ｅ ｂａ ｇｒ ｎ ｏｆａｎ ｃｋ ｏｕ ｄ ａｃ ｕ ｌ ｃｉ ｔ ｉ ｒ ｅ ｃｈｗｈｃｈ ｔ ａ ｓ ｅｎｉｃ ｅｓ ａｒ ， ｉ ｃａ ｒ ａｌ ｅ ｔ ｅ ｕｎ ｔ ｏ ｎ ｖｇａ ｉ ｓ ｓｅｍ ｄａａ ＩＯ ａ ｃ ｆ ｎ ｅ ｉ ｈ ｆ ｃ ｉ ｚ ｏｎ ｆ ａ ｉ ｔ ｏｎ ｙ ｔ ｔ ／ ｎｄ ｏｍ ｐｕｉｇ ｏ ｔｎ ｔ ａ ｉｖ ａ ｅａ ｏｎ ｌ ｄｉｔｉ ｔ ｎ ｆ ｈ ｍ ． ｃｈｅ ｅ ｒ ｓ ａｂｅ ｓ ｒ ｉ ｏ ｔ ｅ ＭＣＵ ｃ ａ ｂｕ ｏ ａｎ ｃｑｕｒ ｔｅ ｉ ｈ ｄａ ｅ ｒ ｅ ｔ ｆ Ｏｍ ｅ ｔ ｒ ａｌ ｘ ｅ ｎ ｍｕｌ—ｓ ｎｓ ｒ ｈ ｔ ｅ ａ ｏ ＤＳＰ ｓ ｏ ｔ ｅ ｏ 。 ｅｎ ｈ ｔｓｋ ｆ ｉ ｔ ｉ ｔ
严 龙 苏永清 （ 同济大学电子信息与工程学院， 上海 ２ １０ ） ０ ８４
摘 要
以 实 际科 研 项 目为 背 景 ，研 究 了基 于 Ｄ Ｐ 单 片 机 主 从 式 双 Ｃ Ｕ 结 构 的 组 合 导航 系统 ，可 以 兼 顾 导 航 系统 数 据 Ｉ Ｓ＋ Ｐ ／ Ｏ 功能和运算功能， 并且 实现 两者 合 理 的分 配。 单 片 机 实现 外 部 多传 感 器 的 数 据 采 集 ， Ｓ Ｄ Ｐ对 所 采 集 的 数 据 进 行 数 据 运 算 和 处理， 同时 采 用 双 口 Ｒ ＡＭ 共 享数 据 的 方 式 保 证 双 Ｃ Ｕ 间 高 速 的数 据 通信 。 最后 通 过 跑 车 实验 ， 证 了导 航 计 算 机 可 以有 Ｐ 验
基 于单 片 机 的数 据采 集 模块
最 广 泛 的 导航 系统 ，但 单 独 使 用 很 难 满 足水 下 航 行 所 需 的 导 航 精 度 与 定位 要 求 ， 靠 提 高 惯 性 传 感 器 的 性 能 来 提 高 的导 航 、 仅 定 位 精 度 是非 常有 限 的 。组 合 导 航 系 统 融 合 不 同类 型 的 导 航 传 感
基于 Ｄ Ｐ的水下机器人组合导航系统设计 Ｓ
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图 １ 组 合 导 航 系 统 总体 设 导 航 运 算 速 度 和 精 度 的 同 时 ，还 要 具 有
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究 的导 航 计 算 机 采 用 了单 片 机 和 Ｄ Ｐ 的双 ＣＰ 方 案 ，可 以兼 Ｓ Ｕ 顾 系统 数 据 ＩＯ 功 能 和 运 算 功 能 ， 现 两 者 合 理 的分 配 ， 时保 ／ 实 同
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精 度 。采 用 磁 罗 盘 和 深 度 计 分 别 与 捷 联 惯 导 系统 构成 的 组 合 量
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摘 要
以 实 际科 研 项 目为 背 景 ，研 究 了基 于 Ｄ Ｐ 单 片 机 主 从 式 双 Ｃ Ｕ 结 构 的 组 合 导航 系统 ，可 以 兼 顾 导 航 系统 数 据 Ｉ Ｓ＋ Ｐ ／ Ｏ 功能和运算功能， 并且 实现 两者 合 理 的分 配。 单 片 机 实现 外 部 多传 感 器 的 数 据 采 集 ， Ｓ Ｄ Ｐ对 所 采 集 的 数 据 进 行 数 据 运 算 和 处理， 同时 采 用 双 口 Ｒ ＡＭ 共 享数 据 的 方 式 保 证 双 Ｃ Ｕ 间 高 速 的数 据 通信 。 最后 通 过 跑 车 实验 ， 证 了导 航 计 算 机 可 以有 Ｐ 验
基 于单 片 机 的数 据采 集 模块
最 广 泛 的 导航 系统 ，但 单 独 使 用 很 难 满 足水 下 航 行 所 需 的 导 航 精 度 与 定位 要 求 ， 靠 提 高 惯 性 传 感 器 的 性 能 来 提 高 的导 航 、 仅 定 位 精 度 是非 常有 限 的 。组 合 导 航 系 统 融 合 不 同类 型 的 导 航 传 感