基于GPS的姿態(tài)測量系統(tǒng)研究.pdf

1、全球定位系統(tǒng)（GPS）不僅可以實時、全天候地提供載體的位置、速度，而且在采用合理的天線布陣條件下，通過對安裝在同一載體上的多個GPS天線接收到的載波相位信號進行差分處理，實時求解得到載體的姿態(tài)角。GPS多天線姿態(tài)測量系統(tǒng)具有無累積誤差、無需對準、全天候、成本低等優(yōu)點，是一種不依賴于精密機械技術(shù)的導航系統(tǒng)，因此使用GPS進行姿態(tài)測量正在逐步取代傳統(tǒng)的測量方式，越來越多地應用于空間測量、航運水運等領(lǐng)域。 本文從GPS測姿基本原理、基

2、線求解算法、模糊度求解算法等幾個方面對GPS姿態(tài)測量技術(shù)進行了研究，并結(jié)合ARM嵌入式系統(tǒng)的特點，設(shè)計了一個不同于傳統(tǒng)、無累積誤差的體積小、功耗低、可擴展性強的嵌入式姿態(tài)測量系統(tǒng)。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面： 1、充分調(diào)研了國內(nèi)外姿態(tài)測量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，深入分析了GPS姿態(tài)測量系統(tǒng)的特點，并在此基礎(chǔ)上提出了基于ARM的測姿系統(tǒng)設(shè)計方案。 2、研究了GPS測姿基本原理。在梳理清楚各種常用坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系的前提下，分析了幾

3、種常用的基線求解算法和在航模糊度求解（Ambiguity Resolution On The Fly，簡稱AROF或OTF）算法。并重點研究了基于假設(shè)整周雙差的優(yōu)化模糊度函數(shù)法（AFM），其中利用假設(shè)模糊度反解姿態(tài)角的步驟不同于以往地采用直接法進行，步驟簡潔清晰，此種AFM算法利用幾何約束大大縮小了模糊度搜索范圍，從而可以快速求得模糊度，在此基礎(chǔ)上采用直接法可以進行實時基線解算。相比于傳統(tǒng)的模糊度函數(shù)法，此算法大大減小了計算量，提高了可

4、靠性。 3、設(shè)計了基于ARM的嵌入式測姿系統(tǒng)平臺，以AT91SAM9261芯片為核心，結(jié)合SDRAM、FLASH、RS422轉(zhuǎn)換芯片等構(gòu)成硬件平臺，設(shè)計了硬件原理圖和PCB版圖，進行了信號完整性仿真，完成了硬件的調(diào)試，改進并移植了啟動代碼，編寫了測姿程序。 4、使用新月HC12A等三塊GPS板卡與ARM嵌入式系統(tǒng)共同組成姿態(tài)測量系統(tǒng)，并進行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明：在基線1米時，偏航角、俯仰角、橫滾角精度均可達到0．6°