基于GNSSINS的飞行器姿态测量系统

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1、圆幽密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文研究所：2013年5月lIIIIIIHlIIUIY2431444．．ASpacecraftAttitudeMeasurementSystemBasedo—nGNSS／INSWuChunjnnADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofComputerAppliedT

2、echnologyCenterforSpaceScienceandAppliedResearchMay,2013关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院空间科学与应用研究中心所有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院空间科学与应用研究中心所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅：中国科学院空间科学与应用研究中心可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩

3、印或其他复制手段保存该论文。(涉密的学位论文在解密后应遵守此规定)虢关春／f久聊弛阂蚴。吼硎．¨b关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。虢系锨聊躲I婶；。眺沙≯川b致谢衷心感谢周炳红导师在课题研究和论文撰写过程中的悉心指导和不懈帮助，周老师对工作严谨认真、精益求精，对生活积极乐观，待人和蔼可亲，他无微不至的关怀和语重心长的教导，给我留下深刻

4、的印象。感谢翟光杰老师对我课题中存在的问题提出宝贵的意见和重要的见解，感谢于强老师和蒋远大老师对我课题的指导，感谢孙志斌老师对我在各个方面的指教，感谢王超老师和高上起师兄对我在技术上的帮助。感谢实验室何微师姐、童方圆、黄振等对我在各个方面的帮助和讨论，感谢王飞龙、耿宝明、郑福、叶蔚然、蓝鑫冲、朱阁等，有你们在的实验室充满了活力和欢乐，谢谢你们。感谢研究生部的潘奎英、张作和、李燕秋和许贺楠老师在我三年的学习生活中给予的帮助和支持。感谢我的父母给我提供的学习机会和多年来的支持和理解，感谢我的女朋友和所有关心我的亲人。感谢所有支持和帮助过我的人们!吴春俊2013年5月摘要

5、基于全球卫星导航系统(GNSS)的科学问题及新应用拓展研究一直是导航界关注和研究的问题。基于载波相位的姿态测量是GNSS应用的一个重要方向，而单独利用GNSS进行姿态测量输出频率低，不能满足飞行器对姿态测量的要求。本文应用GNSS与惯性导航系统(INS)组合进行飞行器姿态测量具有没有积累误差、高输出频率、功耗低、重量轻等优点，符合未来飞行器对姿态测量系统的要求。伴随着近年来中国具有自主知识产权的北斗卫星导航系统(也称Compass)的建设，与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS及欧洲的Galileo一起提供服务时，地球上空将分布近120颗导航卫星近300个可以使用的

6、导航信号，为研究GNSS在飞行器上的应用奠定了坚实的基础。由于我国的北斗卫星导航系统建设较晚，其在飞行器上的应用依然停留在导航定位的阶段。本文研究了GNSS与INS组合进行飞行器姿态测量的方案，其主要内容主要有以下几个部分：(1)分析了常用姿态测量方案及全球卫星导航系统定位及姿态测量的基本原理及发展现状，剖析了其在飞行器姿态测量会遇到的高动态、多径、周跳等问题及解决办法，设计了GNSS／INS组合进行姿态测量的方案。(2)设计了以DSP为核心的进行GNSS／INS组合姿态测量的核心板，完成了具体电路板的设计。(3)对Kalman数据融合算法进行了分析，在前人工作的基

7、础上提出了适合进行GNSS／INS数据融合的扩展Kalman算法，用c语言编程实现了这一算法，上位机用MFC设计了实时姿态显示的界面，初步的测试结果显示该方案是有效的姿态测量方案。关键词：飞行器姿态测量，GNSS／INS，高速数据处理，数据融合IlIAbstractThescientificissuesandnewapplicationsofGlobalNavigationSatelliteSystem(GNSS)hasalwaysbeenaresearchtopicbythenavigationindustry．Attitudemeasurementbased