4  姿态算法设计及航姿系统软硬件实现 15

4.1  航姿系统算法设计 15

4.1.1  初始对准 16

4.1.2  四元数法姿态解算流程 18

4.2  磁航向误差补偿 19

4.3  航姿系统硬件实现 20

4.4  航姿系统软件实现 21

4.4.1  软件总体结构 22

4.4.2  三维姿态角解算流程 23

5  硬件调试及航姿系统性能分析 25

5.1  硬件调试 25

5.2  航姿系统性能分析 31

5.2.1  静态性能分析 31

5.2.2  动态性能分析 37

5.2.3  磁航向误差补偿验证 39

结  论 43

致  谢 44

参考文献 45

1  引言

1.1  课题背景及意义

随着科学技术的发展，越来越多的低空、超低空目标出现在现代战争中和战场上，这极大地促进了近程目标跟踪相关理论的研究与发展[1]。该设计主要为某近程防空反导系统进行目标导引。传统上用雷达测出目标的方位角进行导引，容易暴露自身目标。低成本目标指示雷达实时差、数据更新慢、跟踪效果差，在实际应用中特别是跟踪体积较小的目标时，常常不能成功导引。本课题主要是为某近程防空反导系统提供一种精度较高、成本较低、数据更新快、信息量大的目标导引装置。为了满足上述要求，设计了一种以ARM处理器为核心的，具有带磁阻计的三轴惯性传感器系统的微型航姿系统。文献综述

1.2  微型航姿系统的发展

1.3  论文主要内容

本文主要研究了微型航姿系统，在ARM7嵌入式平台上对微型航姿系统的姿态算法进行设计和实现，即由带磁阻计的三轴惯性传感器实时测量输出的信息经姿态更新算法处理后得到载体高性能的姿态和航向信息。

本文的具体内容安排如下：

第一章，介绍了研究背景及意义和微型航姿系统系统的发展和现状；

第二章，阐述了航姿系统的基本理论知识；

第三章，研究了捷联惯导系统常用的姿态更新算法，并对各种算法进行比较； 

第四章，设计并实现航姿系统的姿态更新算法和总体结构；

第五章，进行硬件调试和实验，并对航姿系统的性能进行分析。

2  航姿系统基本理论知识

2.1  地球模型的基本参数

本文中地球模型为WGS-84坐标系下所定义的参考椭球，本文中所用到的几个基本几何参数为：

椭球长半径为： 

椭球短半轴为： 

椭球扁率为： 

地球自转角速率为： 

2.2  几种常用的坐标系

1. 地心惯性坐标系（i系） 

原点在地球的质心， 轴沿地球自转轴， 轴和 轴在地球赤道平面内，分别指向空间中的一颗恒星，并与 轴构成右手直角坐标系，三个坐标轴不随地球自传。

2. 地球坐标系（e系） 

该坐标系随地球一起转动，原点在地球的中心， 轴沿地球的自转轴， 在赤道平面内指向本初子午线， 轴、 轴与 轴构成右手直角坐标系。