GPS三維姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展,在軍事、民用、商用等方面對于載體姿態(tài)的精確測量顯得日益重要,各種測量方法應(yīng)運(yùn)而生。姿態(tài)測量指的是獲取、解算載體運(yùn)動過程中的姿態(tài)信息,其中主要就是指載體的航向角、俯仰角和橫滾角,得出它們不僅可以了解載體自身的姿態(tài)信息,也可以對載體未來的運(yùn)行軌跡進(jìn)行預(yù)測。GPS可以提供精確的三維信息,并且能夠連續(xù)精確地導(dǎo)航、定位,適應(yīng)惡劣環(huán)境條件,并且相對于其他導(dǎo)航系統(tǒng),GPS具有體積小、成本低、精度不隨時(shí)間變化等優(yōu)點(diǎn),利用其進(jìn)行載體

2、的姿態(tài)測量很有意義。本文將利用GPS載波相位差分技術(shù)來對載體姿態(tài)進(jìn)行測量,研究了GPS的基本原理,姿態(tài)測量相關(guān)理論以及整周模糊度求解方法并搭建了GPS姿態(tài)測量系統(tǒng),完成了姿態(tài)角的求解。
　　 本文對GPS姿態(tài)的測量系統(tǒng)進(jìn)行了研究,首先論述了GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成,衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu),常見的坐標(biāo)系等基本內(nèi)容,然后建立載波相位測量方程,討論了載波相位測量姿態(tài)的誤差,建立雙差模型消除了衛(wèi)星星歷等效誤差、對流層等效誤差、多徑效應(yīng)等效誤差等誤

3、差源,并對載波相位中產(chǎn)生的整周模糊度進(jìn)行解算。為了提升姿態(tài)解算的效率,本文實(shí)驗(yàn)應(yīng)用FPGA作為導(dǎo)航計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì),兩個(gè)SUPERSTARⅡ GPS OEM作為接收機(jī),搭建一個(gè)簡單的GPS姿態(tài)測量系統(tǒng),利用兩個(gè)GPS天線間基線的關(guān)系和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成了姿態(tài)測量的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了方案的可行性。本文還對三維姿態(tài)角的求解進(jìn)行了理論研究,并給出姿態(tài)解算的關(guān)鍵程序。
　　 本文設(shè)計(jì)的GPS姿態(tài)測量系統(tǒng),分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分,硬件部分主要完成