基于GPS的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)研究.pdf

1、全球定位系統(tǒng)（GPS）不僅可以實(shí)時(shí)、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(guò)對(duì)安裝在同一載體上的多個(gè)GPS天線接收到的載波相位信號(hào)進(jìn)行差分處理，實(shí)時(shí)求解得到載體的姿態(tài)角。GPS多天線姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)具有無(wú)累積誤差、無(wú)需對(duì)準(zhǔn)、全天候、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種不依賴于精密機(jī)械技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，因此使用GPS進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量正在逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)量方式，越來(lái)越多地應(yīng)用于空間測(cè)量、航運(yùn)水運(yùn)等領(lǐng)域。 本文從GPS測(cè)姿基本原理、基

2、線求解算法、模糊度求解算法等幾個(gè)方面對(duì)GPS姿態(tài)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了研究，并結(jié)合ARM嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)不同于傳統(tǒng)、無(wú)累積誤差的體積小、功耗低、可擴(kuò)展性強(qiáng)的嵌入式姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1、充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)外姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，深入分析了GPS姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出了基于ARM的測(cè)姿系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 2、研究了GPS測(cè)姿基本原理。在梳理清楚各種常用坐標(biāo)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(jiǎn)稱AROF或OTF）算法。并重點(diǎn)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(jìn)行，步驟簡(jiǎn)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(jì)算量，提高了可

4、靠性。 3、設(shè)計(jì)了基于ARM的嵌入式測(cè)姿系統(tǒng)平臺(tái)，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(tái)，設(shè)計(jì)了硬件原理圖和PCB版圖，進(jìn)行了信號(hào)完整性仿真，完成了硬件的調(diào)試，改進(jìn)并移植了啟動(dòng)代碼，編寫(xiě)了測(cè)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(cè)量系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在基線1米時(shí)，偏航角、俯仰角、橫滾角精度均可達(dá)到0．6°