免费论文：基于ARM的微纳卫星组合定位定姿系统的设计与实现

随着人类对太空探索的不断深入，对广域空间进行同时、多点、原位探测已成为未来世界航天领域的一大热点，微纳卫星以其便于编队、协同控制等优势，在空间科学探测任务中扮演着越来越重要的角色。而微小型、低功耗的组合定位定姿系统是保障微纳卫星完成其科学探测任务的核心技术之一，是其成功实现编队飞行、组网探测的重要保证。本文根据空间科学探测任务对微纳卫星位置、姿态确定的要求，结合GPS（Global Positioning System）定位原理和惯性/天文组合定姿理论，以微小型、低功耗为基本目标，重点研究以MEMS（Micro Electro-Mechanical Systems）陀螺和CMOS APS（Complementary Metal Oxide Semiconductor Active Pixel Sensor）星敏感器组成的惯性恒星罗盘，并最终实现了原理样机。本文主要研究微纳卫星组合定位定姿系统集成技术，设计并实现了以ARM（Advanced RISC Machine）为核心，由惯性恒星罗盘和GPS接收单元构成的微纳卫星组合定位定姿系统原理样机。在保证定位定姿系统性能的前提下，将惯性恒星罗盘和GPS接收电路合理地划分、重组为4个模块。论文从总体方案、器件选型、电路设计等方面对CMOS敏感模块、陀螺+GPS模块和分别以FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片和ARM微处理器为核心构建的信息采集及预处理模块和组合解算模块进行了详细设计。同时，本文还设计了微纳卫星组合定位定姿系统的总体工作流程，并完成了CMOS时序驱动程序、陀螺数据采集程序、星图预处理程序等各关键子程序的设计与实现。最终完成的原理样机外形尺寸为112×85×86mm3，功耗约为3W。为验证组合定位定姿系统设计的合理性、搭建的正确性及算法性能，并对系统整体性能进行有效性验证，本文设计了基于微纳卫星组合定位定姿系统的半物理仿真平台方案，并在此平台上对原理样机进行了功能验证和性能测试。测试结果表明，本文设计并实现的原理样机在体积、功耗以及功能等方面满足微小型、低功耗、高性能的要求。

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