基于USB接口的激光陀螺慣導系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊

摘要：為了提高激光陀螺捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)在強振動條件下的精度，需要將慣性儀表在振動環(huán)境下的輸出數(shù)據(jù)高速采集并保存下來進行離線仿真。通過CY7C68013A芯片在導航計算機外圍擴展高速的USB接口，實時采集慣導系統(tǒng)輸出的各項性能指標數(shù)據(jù)，并將此類數(shù)據(jù)保存至外圍PC機，實現(xiàn)了導航計算機和PC機之間的高速通訊。通過設立圓形緩沖區(qū)，解決了通訊過程中的丟幀問題。經(jīng)過近千小時測試，所建采集數(shù)據(jù)裝置可準確采集導航計算機數(shù)據(jù)并實時存儲，結果表明該裝置的可靠性與穩(wěn)定性，為分析慣導系統(tǒng)測量精度奠定了基礎。
關鍵詞：慣性導航；激光陀螺；通訊；USB接口

激光陀螺作為捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)的核心器件，其性能遠優(yōu)越于傳統(tǒng)的機電陀螺，已廣泛應用于海、陸、空、天等軍用和民用導航領域。
在激光陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中，慣性儀表(激光陀螺和加速度計)直接“捆綁”在載體上，所承受的力學環(huán)境要比平臺惡劣。在某些軍用環(huán)境所要求承受的強烈振動條件下，由于慣性組合體在力和運動的激勵下產(chǎn)生多項誤差，系統(tǒng)姿態(tài)和位置誤差增長較快。研究表明，這些誤差項有一部分具有較好的補償性，可以通過誤差補償減小或消除部分誤差，從而提高系統(tǒng)在強振動下的精度。這就需要將慣性儀表在振動環(huán)境下的輸出數(shù)據(jù)高速采集并保存下來，然后在PC機上進行離線仿真以確定和分離各項誤差系數(shù)。由于數(shù)據(jù)量龐大，無法直接存儲在導航計算機中：例如以8 kHz對慣性儀表輸出進行采樣，每秒的數(shù)據(jù)量約為200 K字節(jié)。而原有捷聯(lián)慣導系統(tǒng)采用RS422接口與外部通訊，其最大波特率為1 M。不足以將高速數(shù)據(jù)傳送給PC機保存下來。因此，有必要在導航計算機外圍擴展更高速的USB接口，以實現(xiàn)導航計算機和PC機之間的高速通訊。USB接口(Universal Serial Bus)是一種通用的高速串行通訊接口。USB2．0理論傳輸速度可達到480 Mb／s，可以很好地解決數(shù)據(jù)在慣導系統(tǒng)與PC機之間的高速互傳問題。

1 激光陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的USB接口設計
1．1 USB接口芯片CY7C68013A
CY7C68013A是CYPRESS公司最新推出的USB2．O控制器，它既負責USB事務處理也兼具微處理器的控制功能，還可作為USB外部芯片的主控芯片，其小巧的體積及較高的性價比使得該芯片在各種USB設備上得到了廣泛的應用。該芯片包括帶16KB片上RAM的高速8051單片機、4KBFIFO存儲器以及通用可編程接口(GPIF)、串行接口引擎(SIE)和USB2.0收發(fā)器，6條可編程控制輸出線，9條地址輸出線和6條通用的準備輸入線。數(shù)據(jù)線寬度可設為8位也可設為16位，方便與不同的CPU接口。圖1是CY7C68013A的內(nèi)部結構功能框圖。

由于CY7C68013A硬件邏輯并不復雜，加上可以充分利用FPGA的靈活性，在導航計算機外圍擴展CY7C68013A的線路板設計工作相對簡單，將CY7C68013A的總線和控制信號與DSP導航計算機的FPGA相應引腳正確相連即可。
USB接口的軟件設計要復雜一些，主要是編寫CY7C68013A自身的固件程序。