双天线GPS姿态测量系统设计与FPGA实现
发布时间：2021-11-26 10:41
随着自动驾驶技术的快速发展,高精度、高实时性的姿态测量系统已经成为导航系统中十分重要的一个组成部分。在已知载体当前时刻姿态信息的前提下,可以对载体未来时刻的运动轨迹进行预测,从而达到自动导航的目的。利用成熟的全球定位系统（Global Position System,GPS）,将GPS信号接收机放置在载体的特定位置,通过解析天线接收到的星历、伪距和载波相位数据便可得到载体的姿态角信息。本文利用双天线放置载体主轴两端的测量方式,在对GPS姿态测量算法进行深入研究的基础上,综合考虑算法实现的复杂度、实时性和现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA）资源特点,提出了一种基于FPGA的GPS测姿算法实现方案。本文的主要工作如下:首先,设计GPS姿态测量算法的实现方案。解算卫星星历得到卫星位置信息;利用双天线观测到的伪距和载波相位数据建立GPS姿态测量的观测模型,采用加权最小二乘法（Weihted Least-squares,WLS）对观测模型进行求解,得到基线向量的浮点解和整周模糊度;利用最小二乘模糊度降相关（Least-squares Ambig...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Cholesky分解子模块运算结果
重庆邮电大学硕士学位论文第4章GPS姿态测量算法的FPGA设计50如图4.23、4.24和4.25所示，分别给出了Cholesky分解子模块、三角矩阵求逆子模块和最终三角矩阵相乘模块的FPGA设计结果，图中的浮点数均采用64位的双精度标准浮点数表示。图中采用的时钟频率为150MHz，符合所用FPGA芯片对于时钟的规定。对比图4.22和图4.25，可以发现该模块的实际设计结果与理想的时序图完全相同，这证明该模块的FPGA设计时序无误。在硬件运算过程中存在一定的延时性，图4.25也反应了这一特性，但是由于延迟时间较小，对于在实际应用中并无太大的影响。图4.23Cholesky分解子模块运算结果图4.24三角矩阵求逆子模块运算结果图4.25矩阵求逆运算器功能仿真图图4.25中clk为系统时钟，rst_en为复位信号，datain_en为数据使能信号，data_in为待求矩阵数据，图示中data_in为4×4的矩阵，数据以64位的标准十六进制数表示，通过IEEE754标准可以将数转换成我们所熟悉的十进制数。经过若干时钟周期
重庆邮电大学硕士学位论文第4章GPS姿态测量算法的FPGA设计50如图4.23、4.24和4.25所示，分别给出了Cholesky分解子模块、三角矩阵求逆子模块和最终三角矩阵相乘模块的FPGA设计结果，图中的浮点数均采用64位的双精度标准浮点数表示。图中采用的时钟频率为150MHz，符合所用FPGA芯片对于时钟的规定。对比图4.22和图4.25，可以发现该模块的实际设计结果与理想的时序图完全相同，这证明该模块的FPGA设计时序无误。在硬件运算过程中存在一定的延时性，图4.25也反应了这一特性，但是由于延迟时间较小，对于在实际应用中并无太大的影响。图4.23Cholesky分解子模块运算结果图4.24三角矩阵求逆子模块运算结果图4.25矩阵求逆运算器功能仿真图图4.25中clk为系统时钟，rst_en为复位信号，datain_en为数据使能信号，data_in为待求矩阵数据，图示中data_in为4×4的矩阵，数据以64位的标准十六进制数表示，通过IEEE754标准可以将数转换成我们所熟悉的十进制数。经过若干时钟周期
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CORDIC的精确快速幅相解算方法[J]. 孙悦,王传伟,康龙飞,叶超,张信. 电子学报. 2018(12)
[2]基于双天线的RTK-GPS定向方法[J]. 夏佩,王峰,黄祖德,邱文添. 中国新通信. 2018(22)
[3]常用坐标系之间的转换方法研究[J]. 刘可可,陈亮,马丽亚. 中国设备工程. 2018(07)
[4]基于改进CORDIC算法的正余弦编码器信号细分技术[J]. 魏冬冬,洪占勇,文长明,丁建业. 测控技术. 2017(04)
[5]网络RTK动态中长基线模糊度解算方法比较研究[J]. 王珍. 测绘与空间地理信息. 2016(02)
[6]两种多天线GNSS定姿方法的精度分析[J]. 张方照,柴艳菊,柴华,丁磊香. 中国惯性技术学报. 2016(01)
[7]基于FPGA的软件无线电同步系统设计与实现[J]. 刘威,李莉,陈海燕,孙世菊. 电子器件. 2014(04)
[8]一种北斗伪距单点定位的加权最小二乘（WLS）快速算法[J]. 李春华,蔡成林,邓克群,徐李冰. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]基础浮点运算单元VHDL实现的新方法[J]. 应丽娅,张珣. 杭州电子科技大学学报. 2007(06)
[10]一种新的模糊度求解方法——CIR[J]. 黄德武,熊永良. 河南理工大学学报(自然科学版). 2005(06)
硕士论文
[1]GNSS双模接收机定位解算的设计与实现[D]. 侯文毅.长安大学 2019
[2]GNSS组合单点定位中总体最小二乘算法研究[D]. 王涛.安徽理工大学 2018
[3]BDS/MIMU紧耦合测姿算法研究[D]. 张跃仲.重庆邮电大学 2017
[4]基于时钟同步一机双天线接收机的GPS/BDS姿态测量关键技术研究[D]. 成亚男.华东师范大学 2016
[5]多天线GPS测姿接收机设计与实现[D]. 王彪.哈尔滨工程大学 2013
[6]GPS三维姿态测量系统的研究[D]. 苑振国.哈尔滨工程大学 2011
[7]GPS航姿仪的设计与实现[D]. 支春阳.哈尔滨工程大学 2010
[8]宽带卫星调制系统同步实现技术研究[D]. 马晶.电子科技大学 2009
[9]基于FPGA的高性能加解密系统的设计与实现[D]. 刘长城.东北大学 2008
[10]基于GPS动态载体姿态测量系统的研究与应用[D]. 贺智轶.武汉理工大学 2006
本文编号：3519980
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Cholesky分解子模块运算结果
重庆邮电大学硕士学位论文第4章GPS姿态测量算法的FPGA设计50如图4.23、4.24和4.25所示，分别给出了Cholesky分解子模块、三角矩阵求逆子模块和最终三角矩阵相乘模块的FPGA设计结果，图中的浮点数均采用64位的双精度标准浮点数表示。图中采用的时钟频率为150MHz，符合所用FPGA芯片对于时钟的规定。对比图4.22和图4.25，可以发现该模块的实际设计结果与理想的时序图完全相同，这证明该模块的FPGA设计时序无误。在硬件运算过程中存在一定的延时性，图4.25也反应了这一特性，但是由于延迟时间较小，对于在实际应用中并无太大的影响。图4.23Cholesky分解子模块运算结果图4.24三角矩阵求逆子模块运算结果图4.25矩阵求逆运算器功能仿真图图4.25中clk为系统时钟，rst_en为复位信号，datain_en为数据使能信号，data_in为待求矩阵数据，图示中data_in为4×4的矩阵，数据以64位的标准十六进制数表示，通过IEEE754标准可以将数转换成我们所熟悉的十进制数。经过若干时钟周期
重庆邮电大学硕士学位论文第4章GPS姿态测量算法的FPGA设计50如图4.23、4.24和4.25所示，分别给出了Cholesky分解子模块、三角矩阵求逆子模块和最终三角矩阵相乘模块的FPGA设计结果，图中的浮点数均采用64位的双精度标准浮点数表示。图中采用的时钟频率为150MHz，符合所用FPGA芯片对于时钟的规定。对比图4.22和图4.25，可以发现该模块的实际设计结果与理想的时序图完全相同，这证明该模块的FPGA设计时序无误。在硬件运算过程中存在一定的延时性，图4.25也反应了这一特性，但是由于延迟时间较小，对于在实际应用中并无太大的影响。图4.23Cholesky分解子模块运算结果图4.24三角矩阵求逆子模块运算结果图4.25矩阵求逆运算器功能仿真图图4.25中clk为系统时钟，rst_en为复位信号，datain_en为数据使能信号，data_in为待求矩阵数据，图示中data_in为4×4的矩阵，数据以64位的标准十六进制数表示，通过IEEE754标准可以将数转换成我们所熟悉的十进制数。经过若干时钟周期
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CORDIC的精确快速幅相解算方法[J]. 孙悦,王传伟,康龙飞,叶超,张信. 电子学报. 2018(12)
[2]基于双天线的RTK-GPS定向方法[J]. 夏佩,王峰,黄祖德,邱文添. 中国新通信. 2018(22)
[3]常用坐标系之间的转换方法研究[J]. 刘可可,陈亮,马丽亚. 中国设备工程. 2018(07)
[4]基于改进CORDIC算法的正余弦编码器信号细分技术[J]. 魏冬冬,洪占勇,文长明,丁建业. 测控技术. 2017(04)
[5]网络RTK动态中长基线模糊度解算方法比较研究[J]. 王珍. 测绘与空间地理信息. 2016(02)
[6]两种多天线GNSS定姿方法的精度分析[J]. 张方照,柴艳菊,柴华,丁磊香. 中国惯性技术学报. 2016(01)
[7]基于FPGA的软件无线电同步系统设计与实现[J]. 刘威,李莉,陈海燕,孙世菊. 电子器件. 2014(04)
[8]一种北斗伪距单点定位的加权最小二乘（WLS）快速算法[J]. 李春华,蔡成林,邓克群,徐李冰. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]基础浮点运算单元VHDL实现的新方法[J]. 应丽娅,张珣. 杭州电子科技大学学报. 2007(06)
[10]一种新的模糊度求解方法——CIR[J]. 黄德武,熊永良. 河南理工大学学报(自然科学版). 2005(06)
硕士论文
[1]GNSS双模接收机定位解算的设计与实现[D]. 侯文毅.长安大学 2019
[2]GNSS组合单点定位中总体最小二乘算法研究[D]. 王涛.安徽理工大学 2018
[3]BDS/MIMU紧耦合测姿算法研究[D]. 张跃仲.重庆邮电大学 2017
[4]基于时钟同步一机双天线接收机的GPS/BDS姿态测量关键技术研究[D]. 成亚男.华东师范大学 2016
[5]多天线GPS测姿接收机设计与实现[D]. 王彪.哈尔滨工程大学 2013
[6]GPS三维姿态测量系统的研究[D]. 苑振国.哈尔滨工程大学 2011
[7]GPS航姿仪的设计与实现[D]. 支春阳.哈尔滨工程大学 2010
[8]宽带卫星调制系统同步实现技术研究[D]. 马晶.电子科技大学 2009
[9]基于FPGA的高性能加解密系统的设计与实现[D]. 刘长城.东北大学 2008
[10]基于GPS动态载体姿态测量系统的研究与应用[D]. 贺智轶.武汉理工大学 2006
本文编号：3519980
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