载体的姿态参数是导航系统中的重要参数,以往大都采用惯性导航系统来确定飞行器的姿态。惯性导航系统已经发展了几十年的时间,技术成熟而且精度高,但存在体积大、价格昂贵等缺点。这些缺点限制了它在小型测姿系统领域的应用。本课题中所研究的基于单天线 GPS 的测姿方法是近几年来才兴起的技术,该方法简单易行,在小型飞行器姿态测量领域具有实际应用价值。 首先,本论文中阐述了利用单天线 GPS 测姿的基本原理,建立了数学模型并推导了相关的公式;并论证了利用单天线 GPS 测量飞行器姿态的可行性;还分析了影响姿态精度的各种误差因素。 其次,在理论分析的基础上设计并实现了基于嵌入式系统的测姿方案:搭建了硬件平台,该硬件平台包括处理器、存储器、串行接口等;移植了 uClinux操作系统以增强实时数据处理能力并使系统易于扩展,编写了该系统的数据采集和控制程序。本系统的工作原理是:处理器通过通讯接口设置 GPS 接收机的工作模式及初始状态,接收机进入工作状态以后,向处理器发送数据,这些数据经过滤波和姿态解算之后得出载体的姿态信息。 最后,在实验数据的基础上利用软件进行了仿真,仿真结果表明,该单天线 GPS 测姿系统精度较高,满足常规姿态测量的需求。 本课题所研究的这种 GPS 单天线测姿方法,没有采用传统的陀螺仪测姿理论,目的是探索一种新的低成本的测姿方案。本文在理论分析的基础上设计了完整的测姿系统,该系统体积小、成本低、重量轻、结构简单,为轻型机、无人机和直升机的姿态测量提供了高性价比的姿态测量系统,具有广阔的应用前景。