FPGA驱动的IMU信号采集与POS系统开发：低成本高精度解决方案

本文主要探讨的是基于现场可编程门阵列(FPGA)的惯性测量单元(IMU)信号采集与处理方案。该研究针对的是组合定位测姿系统(POS)，它融合了全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)的优势，旨在解决传统GPS采样率低、信号易丢失的问题，同时改善了INS随时间累积误差的局限。POS系统在GPS信号受阻时仍能提供稳定连续的定位和姿态信息，这对于航空摄影测量等应用场景具有显著优势。 传统的航空摄影测量依赖于大量地面控制点，作业效率低。然而，通过集成IMU和FPGA技术的POS系统，能够实时获取精确的相机曝光时刻以及照片的外方位元素，实现了无地面控制点的航空摄影测量，极大地提高了测量精度和工作效率。此外，FPGA在系统中的关键作用在于接收GPS的高精度时间和PPS脉冲，生成稳定的时钟基准，并控制AD转换器将陀螺仪和加速度计的模拟信号转化为数字信号。这个过程经过FPGA内部的滤波、重采样以及加上高精度的时间戳，确保数据的准确性，并以预设的频率输出。 此方案的特点在于成本较低、设计灵活且易于扩展，这意味着它具有广泛的实用价值和潜在的应用前景。特别是在当前国内自主研发POS系统较少，主要依赖进口的情况下，这种低成本且性能优越的解决方案为降低系统成本和提高自主可控度提供了可能。因此，本文的工作为后续POS系统的发展奠定了坚实的技术基础，对于推动我国航天和导航领域的科技进步具有重要意义。