GPS信號中斷時(shí)慣導芯片的位置信息感知系統設計

摘要：基于慣性導航芯片ADIS16003，在GPS信號中斷的情況下，詳細設計和驗證了模擬GPS系統，實(shí)現了移動(dòng)物體當前GPS信息的推算。系統采用FPGA驅動(dòng)ADIS16003的SPI接口，依靠慣導原理獲取移動(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(guò)相關(guān)位置檢測算法，計算出GPS經(jīng)緯度信息，由HPI接口上報高層，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中得到應用。
關(guān)鍵詞：FPGA；SPI；ADIS16003；慣性導航；EMIF

引言
當今社會(huì )，GPS衛星定位系統早已廣泛應用于人們的社會(huì )生活中，如交通工具導航、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(wú)法實(shí)時(shí)接收到GPS衛星信號(比如列車(chē)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(guò)一定的算法產(chǎn)生
模擬GPS信息，從而實(shí)現全天候的無(wú)縫位置感知。這在某些對位置信息敏感的場(chǎng)合中就顯得非常急迫和重要。

1 慣導芯片簡(jiǎn)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，屬MEMS傳感器件。它可以測量動(dòng)態(tài)和靜態(tài)加速度并以數字量輸出，測量范圍最小可以達到±1．7 g，同時(shí)還集成了溫度傳感器，可用于慣性導航、振動(dòng)檢測和穩定性測試等場(chǎng)合中。
SPI是串行外圍設備接口，是Motorola公司首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。目前已廣泛應用在EEPROM、Flash、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、A／D轉換器以及數字信號處理器和數字信號解碼器之間，是一種高速的全雙工同步通信總線(xiàn)。SPI通信只需要4根線(xiàn)，分別為SDI(數據輸入)、SDO(數據輸出)、SCK(時(shí)鐘)和CS(片選)。通信是通過(guò)數據交換的方式完成的。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據傳輸。數據輸出通過(guò)SDO線(xiàn)，數據在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著(zhù)的下降沿或上升沿被讀取，完成一位數據傳輸。數據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。