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嵌入式载体姿态测量系统的研制

徐顺安  
【摘要】:载体姿态测量系统是指利用导航卫星技术测定载体(航天器、飞机、船舶等)的姿态(航向角、俯仰角和横滚角),它是航空、航天、航海以及陆地导航中的关键技术,由于其在军事、民用、商用等诸多领域有着广阔的应用前景,已成为研究的热点。传统的载体姿态测量技术是指利用高精度陀螺和加速度传感器等惯性传感器件来实现,但这种方法技术难度大、设备昂贵,而且数据漂移严重、累积误差大。目前,随着GPS技术的快速发展,基于GPS载波相位差分技术的姿态测量技术已成为GPS一个重要的研究领域。通过布置在载体上的GPS天线,测得GPS信号的载波相位并进行差分处理,就可以得到载体的姿态。本文围绕GPS载波相位差分技术,重点研究了GPS姿态测量的理论方法,并设计实现了嵌入式的姿态测量系统。 本文研究的主要内容及创新之处在于: (1)研究了整周模糊度的快速求解。在基于载波相位差的载体姿态测量中,相位双差整周模糊度的求解是重点和难点,本文对整周模糊度的求解算法进行了研究,提出了利用蚁群进化算法快速求解整周模糊度的方法。 (2)研究了惯性测量作为辅助测姿的方法。利用惯性测姿的结果提高GPS载体姿态测量的响应速度。在实际物理环境中,由于GPS信号受天气、地理等因素干扰,会出现GPS信号质量差、接收困难等不利因素。在GPS信号较弱或者被遮挡情况下,采用惯性测姿模块,以保证测姿的稳定性和鲁棒性。 (3)研究了姿态测量的硬件系统设计方案。采用TI公司高精度浮点型32位DSP处理器TMS320C6747作为GPS姿态测量算法处理核心;采用Atmel公司的8位低功耗微处理器Atmega128L单片机作为惯性测姿和人机接口处理核心;双核结构共同完成姿态角计算和显示,及定位、授时的显示。


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