全球定位系统(GPS)由空间卫星，地面监控设备和接收机三部分组成。该系统能进行实时定位与导航，进行全球全天候服务，并且能在较短的观测时间内提供连续且精确的三维位置信息。近年来全球定位系统作为一种重要的导航方式之一，在民用与军用都得到广泛的应用，如汽车车载导航，个人手机定位导航，导弹制导，船舶导航等。但GPS定位系统易受环境影响，如当进入室内，GPS就不再具有定位功能。此外，GPS接收机的输出频率较低，对于速度较高运动物体定位，实时性差，定位精度低，甚至由于无法捕捉卫星载波信号而失效。由于GPS上述特点，使其在某些场合不适于作为单独的导航设备，而仅作为辅助设备，提供导航信息。

鉴于单一导航系统存在各种不足之处，组合导航技术开始迅速发展。组合导航系统，可以利用多种信息资源，相互补充[3]。利用GPS信息，可以有效修正惯性器件因时间累积而产生的误差，而利用惯性导航系统又可以解决GPS易受环境干扰的问题。组合导航系统相对于单一导航系统，有效提高了整体导航系统的精度和抗干扰能力。

对于GPS/SINS组合定位系统，其数据采集系统处于整个系统的最前端，其好坏直接影响了整个系统导航定位的精度与数据更新的速率。本文以卫星/惯性组合定位设备中的数据采集系统作为研究对象，进行了对于数据采集系统的软硬件设计，系统以100Hz采样频率对加速度计与陀螺仪输出数据进行采集，并且将采集得到数据以一定数据帧的形式，向上位机输出，以便进行导航解算。

1.2 国内外研究情况

1.2.1 GPS/SINS组合定位发展研究概况

1.2.2 数据采集系统的发展与现状

1.2.3 模数转换技术

1.3 研究主要内容

本文研究的课题是卫星/惯性组合定位设备中的数据采集系统设计。该系统能实现对于GPS数据和惯性传感器数据的采集，并通过串口将采集的数据上传到上位机。针对于本系统的特点，本文具体研究内容如下：

(1)第一章为绪论部分，介绍了本次课题的研究意义、背景、国内外发展与研究现状。

(2)第二章根据系统要求，提出了数据采集系统总体设计方案，给出了系统应该达到的工作参数。

(3)第三章详细描述了数据采集系统的硬件设计方案，通过选取合适的元器件与电路设计软件，设计制作电路板。

(4)第四章根据所选的器件及其开发组件，设计了数据采集系统的软件，使其各功能能够正常，稳定工作。

(5)第五章对数据采集系统进行相应实验，以验证系统工作性能，并进一步进行设计优化。

2 数据采集系统总体方案设计

2.1 数据采集系统功能指标

对于卫星/惯性组合定位设备的数据采集系统应具备如下功能：

(1)本系统ADC采样电压信号，对于电流输出的加速度计，应设计I/V转换电路，以进行模数转换。

(2)该数据采集系统加速度计采集模块有效分辨率达到16位分辨率。

(3)捷联惯性导航系统的解算频率为100Hz，因此要求数据采集系统能以100Hz频率进行数据更新。

(4)设计单片机最小系统，一方面控制ADC进行模数转换，另一方面通过串口读取GPS接收机和陀螺仪的数据，最后通过串口将数据上传。以控制该数据采集系统进行工作。

2.2  数据采集系统总体方案