GPS信號中斷時(shí)慣導(dǎo)芯片的位置信息感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：基于慣性導(dǎo)航芯片ADIS16003，在GPS信號中斷的情況下，詳細(xì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證了模擬GPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)物體當(dāng)前GPS信息的推算。系統(tǒng)采用FPGA驅(qū)動(dòng)ADIS16003的SPI接口，依靠慣導(dǎo)原理獲取移動(dòng)物體實(shí)時(shí)加速度，并以外部中斷方式通知DSP從EMIF接口讀取。DSP利用信號中斷前的有效GPS信息，通過相關(guān)位置檢測算法，計(jì)算出GPS經(jīng)緯度信息，由HPI接口上報(bào)高層，保證了移動(dòng)物體全天候位置感知能力，已在某大型通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：FPGA；SPI；ADIS16003；慣性導(dǎo)航；EMIF

引言
當(dāng)今社會，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)早已廣泛應(yīng)用于人們的社會生活中，如交通工具導(dǎo)航、個(gè)人定位服務(wù)等。但在某些情況下，由于物體遮蔽、散射等原因，我們無法實(shí)時(shí)接收到GPS衛(wèi)星信號(比如列車進(jìn)入隧道)。所以有必要研究在GPS信息缺失的情況下，如何通過一定的算法產(chǎn)生
模擬GPS信息，從而實(shí)現(xiàn)全天候的無縫位置感知。這在某些對位置信息敏感的場合中就顯得非常急迫和重要。

1 慣導(dǎo)芯片簡介
ADIS16003是ADI公司的一款低成本、低功耗，具有SPI接口的雙軸加速度計(jì)，屬M(fèi)EMS傳感器件。它可以測量動(dòng)態(tài)和靜態(tài)加速度并以數(shù)字量輸出，測量范圍最小可以達(dá)到±1．7 g，同時(shí)還集成了溫度傳感器，可用于慣性導(dǎo)航、振動(dòng)檢測和穩(wěn)定性測試等場合中。
SPI是串行外圍設(shè)備接口，是Motorola公司首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。目前已廣泛應(yīng)用在EEPROM、Flash、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、A／D轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間，是一種高速的全雙工同步通信總線。SPI通信只需要4根線，分別為SDI(數(shù)據(jù)輸入)、SDO(數(shù)據(jù)輸出)、SCK(時(shí)鐘)和CS(片選)。通信是通過數(shù)據(jù)交換的方式完成的。SPI接口使用串行通信協(xié)議，由SCK提供時(shí)鐘脈沖，SDI、SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過SDO線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取，完成一位數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸入也使用同樣的原理。

ADIS16003的SPI接口通信時(shí)序及控制寄存器配置如圖1、圖2所示。其中，常用控制字為00000100和00001100，分別表示以正常模式采集X軸和Y軸雙軸軸向加速度。