探索基于gps的姿态测量系统研究

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1、北京交通大学硕士学位论文基于GPS的姿态测量系统研究姓名：周三奇申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：蒋大明20090601摘要摘要：全球定位系统(GPS)不仅可以实时、全天候地提供载体的位置、速度，而且在采用合理的天线布阵条件下，通过对安装在同一载体上的多个GPS天线接收到的载波相位信号进行差分处理，实时求解得到载体的姿态角。GPS多天线姿态测量系统具有无累积误差、无需对准、全天候、成本低等优点，是一种不依赖于精密机械技术的导航系统，因此使用GPS进行姿态测量j下在逐步取代传统的测量方式，越来越多地应用于空间测量、航运水运等

2、领域。本文从GPS测姿基本原理、基线求解算法、模糊度求解算法等几个方面对GPS姿态测量技术进行了研究，并结合ARM嵌入式系统的特点，设计了一个不同于传统、无累积误差的体积小、功耗低、可扩展性强的嵌入式姿态测量系统。论文的主要内容包括以下几个方面：l、充分调研了国内外姿态测量系统的发展现状，深入分析了GPS姿态测量系统的特点，并在此基础上提出了基于ARM的测姿系统设计方案。2、研究了GPS测姿基本原理。在梳理清楚各种常用坐标系转换关系的前提下，分析了几种常用的基线求解算法和在航模糊度求解(AmbiguityResolutionOnTheFly

3、，简称AROF或OTF)算法。并重点研究了基于假设整周双差的优化模糊度函数法(AFM)，其中利用假设模糊度反解姿态角的步骤不同于以往地采用直接法进行，步骤简洁清晰，此种AFM算法利用几何约束大大缩小了模糊度搜索范围，从而可以快速求得模糊度，在此基础上采用直接法可以进行实时基线解算。相比于传统的模糊度函数法，此算法大大减小了计算量，提高了可靠性。3、设计了基于ARM的嵌入式测姿系统平台，以AT91SAM9261芯片为核心，结合SDRAM、FLASH、RS422转换芯片等构成硬件平台，设计了硬件原理图和PCB版图，进行了信号完整性仿真，完成了硬

4、件的调试，改进并移植了启动代码，编写了测姿程序。4、使用新月HCl2A等三块GPS板卡与ARM嵌入式系统共同组成姿态测量系统，并进行了实验验证。实验结果表明：在基线l米时，偏航角、俯仰角、横滚角精度均可达到0．6。(Io)，无累积误差。同时对实验中的主要性能指标进行了深入分析，讨论了进一步提高系统性能的研究方向。全文图共45幅，表1个，参考文献30篇。关键词：GPS；姿态测量；载波相位差分；模糊度函数法：ARM；嵌入式系统分类号：ABSTRACTABSTRACT：G10balPositionSystem(GPS)isnotonlywellk

5、nownfordeterminationofvehicleposition，velocityinreal-timeandall—weatherconditions，butalsoprocessingthedifferentialcarrier-wavephasereceivedbymulti—antennasinstalledonthesamevehicleandlayoutinaproperarraytoresolvetheattitudeofvehicleinreal-time．Multi．antennaattitudedetermin

6、ationofGPSiswithoutaccumulatederror,aiming,andisall-weather,low-powernavigationsystemwhichisbeyondusingprecisemechanicaltechnology,therefore,itisgraduallyreplacingthetraditionalmeasurementwaybyusingGPSmoreandmoreinspacesurvey,aviation,shippingandotherfields．Inthispaper,GPS

7、attitudedeterminationtechnologyWasresearchedintheaspectofattitudedeterminationtheoir,baselineresolution,ambiguityresolvealgorithm,andapint·sized，low-power,stronglyscalableattitudedeterminationsystemWasdesignedwhichisdistinguishedwitllclassicalonesthathasaccumulatederror,wh

8、ichWasmergedwitllthecharacteristicofARMembeddedsystem．MainworkwhichWasincludedinthepaperi