姿態(tài)信息是無人機實現(xiàn)導航和穩(wěn)定控制最關(guān)鍵的前提信息,其測量精度直接決定了無人機飛行控制的精度。隨著無人機的應(yīng)用場景日漸廣泛,對無人機姿態(tài)信息的測量精度要求也愈加嚴格。傳統(tǒng)的姿態(tài)測量方法主要依靠以慣性器件為基礎(chǔ)的慣性導航系統(tǒng),但慣性器件往往價格高昂,硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且陀螺儀在長時間下會產(chǎn)生累積誤差。全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)由于其高精度、全天候的特點成為姿態(tài)測量的另一重要工具。本文采用GPS載波相位姿態(tài)測量技術(shù),設(shè)計了基于GPS多天線的無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)。圍繞該系統(tǒng)設(shè)計,開展了以下研究:1.利用了一機雙天線接收機的兩個天線共用一個內(nèi)部時鐘源的特點,區(qū)別于傳統(tǒng)姿態(tài)測量方法的載波相位雙差模型,建立了基于載波相位單差觀測模型的基線解算方案。針對利用GPS載波相位進行姿態(tài)測量過程中的載波相位周跳問題,提出了基于卡爾曼濾波算法的周跳探測及其修復(fù)方法,該方法可以有效探測到周跳的發(fā)生,并在下一個歷元就修復(fù)該周跳,可應(yīng)用在各類接收機的觀測數(shù)據(jù)中。2.研究了非校正相位延遲(Uncalibrated Phase Delay,UPD)產(chǎn)生的原因及對單差模型模糊度整周特性的影響,本文將非校正相位延遲作為一個未知參數(shù)與單差模型整周模糊度一起聯(lián)合求解,并結(jié)合廣義約束理論,提出了一種基于單差模型的模糊度固定方法,通過與傳統(tǒng)雙差模型模糊度固定方法LAMBDA法的實驗對比,基于單差模型的模糊度固定方法不僅消除了非校正相位延遲對模糊度整周性的破壞性,還在保證模糊度解算精度的同時加快了模糊度固定速度。3.為了進一步提高GPS多天線姿態(tài)測量的精度和可靠性,本文研究了多個天線在無人機上的布局結(jié)構(gòu),并在該硬件布局的基礎(chǔ)上,提出了基于無約束平差方法的無人機三維姿態(tài)角的最優(yōu)估計模型。該模型充分利用了多天線解算出來的多條獨立基線向量的冗余信息,有效提高了姿態(tài)角的解算精度和可靠性。4.綜合上述的研究內(nèi)容,設(shè)計了本文的無人機姿態(tài)測量系統(tǒng),并進行了無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)的實際飛行驗證實驗。實驗結(jié)果表明,本文的無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)測量得到偏航角的精度為0.6238度/(0.9863米基線),俯仰角精度可達0.5712度/(0.9863米基線),橫滾角精度可達0.5291度/(0.9863米基線)。上述三維姿態(tài)角的測量精度均能滿足無人機姿態(tài)測量要求。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V279;V249
【部分圖文】：

原點O赤道格里尼林子午線XYO圖 3- 2 WGS-84 坐標系與地理坐標系坐標系的坐標原點為載體的所在位線的相位中心，其 O 平面是載體取不同定義的坐標系。一般而言， 軸與 、 軸構(gòu)成右手直角坐標t North Up，ENU）。本文的無人機系。

處理成中頻數(shù)字信號后傳輸給基帶模塊。基帶模獲并持續(xù)跟蹤 GPS 衛(wèi)星信號，將 GPS 衛(wèi)星信號中央處理器能夠快速處理浮點型數(shù)據(jù)，對解碼后姿態(tài)測量和坐標轉(zhuǎn)換等處理[55]。由于接收機內(nèi)部塊，因此采用載波相位單差觀測模型就可以消除位雙差觀測模型，具有觀測量的冗余度和參數(shù)見的共時鐘一機雙天線接收機有 Trimble 公司司的 K528 型接收機和 Septentrio NV 公司的 A機姿態(tài)測量系統(tǒng)采用了 Trimble 公司的 BD982 所示，該款接收機能夠接收并跟蹤 GPS 衛(wèi)星信個 LAN 以太網(wǎng)端口和一個 CAN 端口，本文的接收機的 LAN 以太網(wǎng)端口用來 GPS 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的

網(wǎng)的接入速度，下載速率可達 100Mb/率也可以達到 20Mb/s。除了數(shù)據(jù)傳輸高安全可靠，可永久在線，建立新的連接固定的 IP 地址傳輸數(shù)據(jù)，沒有傳輸距頻分復(fù)用技術(shù)，將信道分成許多正交的因此消除了不同子通道之間的互相干擾態(tài)測量系統(tǒng)正是利用這種基于移動網(wǎng)絡(luò)到的 GPS 衛(wèi)星信號，在無人機上搭載了 5-4 所示，該款路由器有 4 個網(wǎng)口，因此DD-LTE 的下行速率為 150Mpbs，上行帶寬，滿足無人機姿態(tài)測量系統(tǒng)的觀測
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本文編號：2866036