毕业设计（论文）-基于gps的姿态测量系统的设计

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1、沈阳航空工业学院电子信息工程学院毕业设计（论文）第1章课题来源及方案论证1.1课题来源GPS通信定位系统目前广泛应用于航空、航天、军事、交通、地质勘探、安保跟踪等各种领域。如何有效利用GPS系统（未来我国的北斗系统）为国民经济建设服务，是我们重要的研究任务。    本毕业设计任务来源于“无人机编队飞行”课题，是其中的一个子课题。无人机在现代军事中有举足轻重的作用，无论是单机侦查还是编队飞行轰炸、喷洒农药，无人机都能出色的完成任务。但在高空飞行时由于气流等原因，会造成机翼倾斜，甚至坠机。为防止这类事件的发生，基于GPS的姿态测量系统的设计应运而生。任务要求为：通过安装在无人机上的GPS接收机（2

2、～5个），初步测量出无人机的飞行姿态，进行显示。1.2方案设计1.2.1GPS的基本原理概述GPS是一种精密的卫星导航系统。该系统由24颗绕地球旋转的卫星组成，卫星连续不断地发送位置和时间信息。这些卫星均匀地分布在6个轨道上，每个轨道有4-59-沈阳航空工业学院电子信息工程学院毕业设计（论文）第1章课题来源及方案论证1.1课题来源GPS通信定位系统目前广泛应用于航空、航天、军事、交通、地质勘探、安保跟踪等各种领域。如何有效利用GPS系统（未来我国的北斗系统）为国民经济建设服务，是我们重要的研究任务。    本毕业设计任务来源于“无人机编队飞行”课题，是其中的一个子课题。无人机在现代军事中有举足

3、轻重的作用，无论是单机侦查还是编队飞行轰炸、喷洒农药，无人机都能出色的完成任务。但在高空飞行时由于气流等原因，会造成机翼倾斜，甚至坠机。为防止这类事件的发生，基于GPS的姿态测量系统的设计应运而生。任务要求为：通过安装在无人机上的GPS接收机（2～5个），初步测量出无人机的飞行姿态，进行显示。1.2方案设计1.2.1GPS的基本原理概述GPS是一种精密的卫星导航系统。该系统由24颗绕地球旋转的卫星组成，卫星连续不断地发送位置和时间信息。这些卫星均匀地分布在6个轨道上，每个轨道有4-59-沈阳航空工业学院电子信息工程学院毕业设计（论文）颗卫星。地面GPS接收机可接收5到12颗卫星信号。为实现地面

4、定位功能，GPS接收机至少需要接收4个卫星信号，其中3个信号用来计算GPS接收机的纬度、经度和海拔高度，第四个信号提供同步时间校准。GPS系统主要分为三个部分：其一、卫星，在天上提供定位信息；其二、控制系统，在地面维护卫星的正常运转，保证卫星的健康状态；其三、接收机，一般用户所使用的部分。其定位原理是将地球分为12个横切面，每个横切面上有两颗定位卫星，互成180°的夹角，因而站在地球上的任一点，头顶上总有十二颗定位卫星。卫星与卫星之间的距离、坐标和角度是已知的，卫星和人之间的距离是可测量的，根据几何原理，通常接收机只要接到三颗卫星的信息便可确定二维坐标即经纬度，接收到四颗卫星的信息便可确定海拔

5、高度。GPS可以输出实时定位数据让其他的设备使用，这就涉及到了数据交换协议NMEA0183。它是一种航海、海运方面有关于数字信号传递的标准，此标准定义了电子信号所需要的传输协议，传输数据时间、并且指明了信息格式需要一个4800bps的串行数据接口。1.2.2方案设计本方案是将2个GPS接收机分别安装在无人机机身中心和某一机翼翼尖上，GPS输出的实时定位数据经单片机1解译并计算后，得到飞机机身中心和翼尖的海拔高度信息及飞机的姿态信息，这些信息通过无线传输系统发送到地面的单片机2，由单片机2控制飞行高度显示器和飞机姿态显示器进行输出显示。系统框图如图1所示。GPS接收机1GPS接收机2单片机1飞机

6、姿态显示器飞行高度显示器单片机2无线传输系统无线传输系统图1无人机姿态测量系统原理方框图但是由于实验条件和本人能力有限，系统中的无线传输部分不做讨论。故在上述实际系统的基础上设计实验方案为将两个GPS接收机分别安装在机身中心和某一机翼翼尖上，GPS输出的实时定位数据经单片机解译后，直接输出到飞行高度显示器和飞机姿态显示器，对飞机的高度和姿态进行实时的显示，以验证姿态测量系统的功能。系统框图如图2所示。系统由GPS接收机、单片机、飞行高度显示器、飞机姿态显示器四个部分构成。飞行高度显示器是由数码管循环显示机身中心点的高度和翼尖高度。飞机姿态显示器是由一列水柱式发光二极管显示无人机机翼倾斜情况，即

7、形象显示无人机飞行姿态，同时机翼的平衡、上倾、下倾三种状态由另外两个红、绿发光二极管显示。-59-沈阳航空工业学院电子信息工程学院毕业设计（论文）GPS接收机1GPS接收机2单片机飞机姿态显示器飞行高度显示器图2无人机姿态测量实验系统原理方框图系统中单片机采用AT89S51，它是常见且性价比较高的单片机。单片机将安装在机身中心的GPS接收机1输出的高度信息数据按照NMEA0183协议解译后，由数码