姿態(tài)信息是無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和穩(wěn)定控制最關(guān)鍵的前提信息,其測(cè)量精度直接決定了無(wú)人機(jī)飛行控制的精度。隨著無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景日漸廣泛,對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)信息的測(cè)量精度要求也愈加嚴(yán)格。傳統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量方法主要依靠以慣性器件為基礎(chǔ)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng),但慣性器件往往價(jià)格高昂,硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且陀螺儀在長(zhǎng)時(shí)間下會(huì)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(diǎn)成為姿態(tài)測(cè)量的另一重要工具。本文采用GPS載波相位姿態(tài)測(cè)量技術(shù),設(shè)計(jì)了基于GPS多天線的無(wú)人機(jī)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。圍繞該系統(tǒng)設(shè)計(jì),開展了以下研究:1.利用了一機(jī)雙天線接收機(jī)的兩個(gè)天線共用一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘源的特點(diǎn),區(qū)別于傳統(tǒng)姿態(tài)測(cè)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(cè)模型的基線解算方案。針對(duì)利用GPS載波相位進(jìn)行姿態(tài)測(cè)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(cè)及其修復(fù)方法,該方法可以有效探測(cè)到周跳的發(fā)生,并在下一個(gè)歷元就修復(fù)該周跳,可應(yīng)用在各類接收機(jī)的觀測(cè)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(duì)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(gè)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(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)模糊度整周性的破壞性,還在保證模糊度解算精度的同時(shí)加快了模糊度固定速度。3.為了進(jìn)一步提高GPS多天線姿態(tài)測(cè)量的精度和可靠性,本文研究了多個(gè)天線在無(wú)人機(jī)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(wú)約束平差方法的無(wú)人機(jī)三維姿態(tài)角的最優(yōu)估計(jì)模型。該模型充分利用了多天線解算出來(lái)的多條獨(dú)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?jī)?nèi)容,設(shè)計(jì)了本文的無(wú)人機(jī)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),并進(jìn)行了無(wú)人機(jī)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際飛行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文的無(wú)人機(jī)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)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(dá)0.5712度/(0.9863米基線),橫滾角精度可達(dá)0.5291度/(0.9863米基線)。上述三維姿態(tài)角的測(cè)量精度均能滿足無(wú)人機(jī)姿態(tài)測(cè)量要求。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V279;V249
【部分圖文】：

原點(diǎn)O赤道格里尼林子午線XYO圖 3- 2 WGS-84 坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)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(biāo)系。一般而言， 軸與 、 軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)t North Up，ENU）。本文的無(wú)人機(jī)系。

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

網(wǎng)的接入速度，下載速率可達(dá) 100Mb/率也可以達(dá)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(cè)量系統(tǒng)正是利用這種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)到的 GPS 衛(wèi)星信號(hào)，在無(wú)人機(jī)上搭載了 5-4 所示，該款路由器有 4 個(gè)網(wǎng)口，因此DD-LTE 的下行速率為 150Mpbs，上行帶寬，滿足無(wú)人機(jī)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的觀測(cè)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2866036