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嵌入式航向姿态参考系统的设计与实现

曹飞  
【摘要】:在目标跟踪过程中,需要知道目标的坐标信息,而对目标方位角和俯仰角的测量是首要完成的任务。本文的研究工作正是基于上述背景,为某型目标跟踪系统提供一种精度高、成本低、实时性好且信息量充裕的高性能微型航姿系统,将其用作目标导引装置。 本文首先介绍了构建航姿系统所需的理论知识,分析了欧拉角、方向余弦矩阵、四元数三者之间的关系,重点探讨了姿态矩阵的四元数解法,详细介绍了航姿系统定向测姿的全过程,并对地磁场模型进行了全面的描述。 接着,对航姿系统硬件平台的搭建过程和应用软件的实现过程进行了详尽的阐述。介绍了航姿系统的硬件总体框架,详细描述了各功能模块的设计过程;介绍了航姿系统的软件总体设计,给出了软件设计主函数流程图,详细叙述了软件各部分的实现方法,并给出了相应的子功能模块软件流程图。 最后,对研制的航姿系统进行了验证性实验。分析了航姿系统的静态和动态性能,分别使用椭圆矫正法和最小二乘拟合法对磁航向误差进行了补偿,验证了地磁要素计算程序运行结果的正确性。 将航姿系统用于目标跟踪系统中,做空中目标跟踪实验,结果表明该航姿系统能将目标较稳定地引导至CCD的视场之内,这说明航姿系统的性能已基本能够满足设计需求,具有良好的实用价值,并可以推广到民用领域。


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