基于微机械惯性器件的GPS实时姿态测量系统.pdf

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1、2010年第29卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)141{、。。、前沿技术基于微机械惯性器件的GPS实时姿态测量系统夏显峰，王妲，张华，熊伟(西南科技大学信息工程学院机器人技术与应用四川省重点实验室，四川绵阳621010)摘要：实现了基于微机械惯性器件的GPS单基线实时姿态测量系统，可以实时可靠地获得大范围作业系统的姿态信息。采用MEMS陀螺仪与倾角传感器构建的低成本惯性姿态测量系统(IAMS)，由GPS测姿获得初始对准并控制误差传播，在发生丢星、周跳等情况时，利用IAMS实现单历元快速整周模糊度解算。同时实现了基于FPGA和

2、浮点型DSP的硬件系统。实验表明：提出的方法能高精度、实时、可靠、稳定地获取姿态测量数据，满足测姿过程中计算量小、简洁易行的应用需求。关键词：GPS测姿；整周模糊度解算；惯性姿态测量系统；单基线中图分类号：P228．4文献标识码：B文章编号：1000-9787(2010)08-0141-04GPSreal-timeattitudedeterminationsystembasedonMEMSinertiadevicesXIAXian—feng，WANGHeng，ZHANGHua，XIONGWei(KeyLaboratoryofRobotTechnologyandApplicationofSi

3、chuanProvince，SchoolofInformationEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，China)Abstract：Inordertoreliablyobtainreal—timeattitudeinformationoflarge—scaleoperationsystem，GPSsinglebaselinereal—timeattitudedeterminationsystembasedonMEMSinertiadevices：。implemented．Theinerti

4、aattitudemeasurementsystem(IAMS)iscomposedofMEMSgyroscopesandinclinationandlevelling．GPSattitudemeasurementprovidesIAMS’Siniti,'dalignmentandweakensIAMS’Serrorpropagation．Intheeventoflostsatellite，cycleslip，systemadoptssingleepochfastintegerambiguityresolutionbasedonIAMS．HardwaresystembasedonFPGAa

5、ndfloatpointDSPisimplemented．ExperimentalanMysisshowsthatthemethodproposedcanobtainmeasurementdatarealtime，reliablyandstably．Ithastheperformanceofhighprecisionandthecalculation，amountissmaller，whichcanmeettheneedofsimpleandeasytouse．Keywords：GPSattitudedetermination；integerambiguityresolution；iner

6、tiaattitudemeasurementsystem(IAMS)；singlebaseline0引言还可冗余校验，稳定性、可靠性大大提高。另一研究方GPS不仅可以实时、全天候地提供载体的位置、速度信向为单历元、高精度、实时姿态测量技术，利用误差模型估息，利用载波相位测量还可实现载体姿态的高精度测量，但计、双频测量等方法，提高GPS测姿精度与可靠性]。2个存在信号容易受干扰、动态性能差、输出频率低等不足。惯研究方向的应用侧重点不同，前者重点应用在高动态、高可性导航系统(inertialnavigationsystem，INS)作为一种完全靠的航空航天领域，对INS的性能指标要求高；后者主

7、要利自主的导航系统，具有良好的隐蔽性、强抗干扰性、高机动用GPS系统的高精度绝对定位能力，广泛应用在大地测性、导航信息完整等优点，其主要缺点是误差随时间积累增绘、地质灾害监测等领域。长和每次使用前需要进行初始对准。本系统设计针对船舶、移动机器人、工程机械等大范围20世纪8O年代以来，基于GPS的大范围作业系统的作业系统的测姿需要，结合惯性测量元件(陀螺仪)具有短姿态测量技术取得了长足发展。可分为2个研究方向，其时间内精度