MIMU辅助双天线GPS组合测姿系统研究

发布时间：2017-05-02 08:02

  本文关键词：MIMU辅助双天线GPS组合测姿系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：舰船在海上航行时,易受到海浪的打击而左右摇摆,进而影响舰载设备的正常工作。为了保证水面操瞄系统等舰载设备的稳定,需要实时测量载体的姿态,然后将姿态信息传给稳定平台的控制部分,并经过补偿来保证平台稳定,测姿系统与稳定平台的一体化设计能够在一定程度上隔离载体摇摆产生的振动。现有的测姿系统存在价格昂贵、不可靠、易受环境条件影响的缺点,本文根据实际需要,设计了一种MIMU辅助双天线GPS组合测姿系统,旨在提高测向精度及稳定性。本文从MIMU辅助双天线GPS测姿原理、MIMU辅助整周模糊度解算、组合测姿试验及分析等方面对姿态测量技术进行了研究。首先对滤波适应度函数进行研究,用滤波适应度函数替代余弦适应度函数对载波相位观测噪声进行评价,通过Matlab仿真验证了滤波适应度函数的有效性,然后着重分析了MIMU提供的姿态角对压缩模糊度空间的有效性。硬件设计方面,搭建了以TMS32F28335为主控芯片的测姿硬件电路,包括电源电路设计、微处理器与两个独立的GPS-OEM板LEA-6T的串行通信设计及与高精度陀螺加速度计MPU6050之间的通信电路设计。软件设计方面,为微惯性系统设计IIC通信程序以及姿态解算程序,然后设计了双天线GPS姿态解算程序。最后,本文设计了静态与动态试验来验证系统的可靠性及稳定性,试验结果表明：在基线长度大约为1.5m的条件下,MIMU甫助双天线GPS组合测姿系统的精度大于单个系统测姿的精度,且舰船在低动态情况下,方位角及纵摇角精度均能满足舰载设备特殊环境下的应用需求。
【关键词】：双天线GPS测姿 微惯性单元辅助 整周模糊度 载波相位测量 紧组合测姿 模糊度函数法 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.1;P228.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 典型的测姿技术及发展8-12
• 1.2.1 惯性定姿技术8-9
• 1.2.2 基线矢量定姿技术9-12
• 1.2.3 组合定姿技术12
• 1.3 关键技术及发展状况12-15
• 1.3.1 整周模糊度解算13-14
• 1.3.2 姿态解算14
• 1.3.3 MIMU辅助双天线GPS组合测姿融合算法14-15
• 1.4 论文组织结构15-16
• 2 MIMU辅助双天线GPS组合测姿系统分析16-26
• 2.1 常用坐标系及姿态角16-19
• 2.1.1 参考坐标系16-17
• 2.1.2 坐标系间的转换17-19
• 2.1.3 载体姿态表示方法19
• 2.2 双天线GPS测姿技术19-22
• 2.2.1 载波相位观测值20
• 2.2.2 双天线GPS测姿原理20-22
• 2.3 MIMU辅助双天线GPS组合测姿技术22-25
• 2.3.1 MIMU测姿原理22-23
• 2.3.2 组合方式23-25
• 2.3.3 紧组合系统设计25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 MIMU辅助GPS整周模糊度解算26-35
• 3.1 整周模糊度解算26-29
• 3.1.1 模糊度估计26-27
• 3.1.2 模糊度搜索27-28
• 3.1.3 模糊度确定28-29
• 3.2 AFM算法及改进29-33
• 3.2.1 AFM算法29-30
• 3.2.2 适应度函数设计及验证30-33
• 3.3 MIMU辅助AFM方法33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 MIMU辅助双天线GPS组合测姿系统硬件设计35-42
• 4.1 总体方案设计35
• 4.2 元器件选型35-37
• 4.2.1 惯性测姿模块选型35-36
• 4.2.2 GPS模块选型36-37
• 4.3 微处理器模块37-38
• 4.4 电源电路设计38-39
• 4.5 通信电路设计39-40
• 4.5.1 RS-232通信电路设计39
• 4.5.2 I2C通信电路设计39-40
• 4.6 PCB设计40-41
• 4.7 本章小结41-42
• 5 软件设计42-49
• 5.1 主程序设计42-44
• 5.2 惯性导航姿态解算程序设计44
• 5.3 通信程序设计44-48
• 5.3.1 RS-232通信程序设计44-45
• 5.3.2 IIC通信程序设计45-48
• 5.4 本章小结48-49
• 6 MIMU辅助双天线GPS组合测姿系统试验49-61
• 6.1 组合测姿系统实现方法49-50
• 6.1.1 数据处理及研究方法49-50
• 6.1.2 试验方法50
• 6.2 静态试验及分析50-54
• 6.3 动态试验及分析54-60
• 6.4 本章小结60-61
• 7 总结与展望61-63
• 7.1 论文总结61
• 7.2 展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 附录69

【参考文献】

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本文编号：340547