随着自动驾驶技术的快速发展,高精度、高实时性的姿态测量系统已经成为导航系统中十分重要的一个组成部分。在已知载体当前时刻姿态信息的前提下,可以对载体未来时刻的运动轨迹进行预测,从而达到自动导航的目的。利用成熟的全球定位系统(Global Position System,GPS),将GPS信号接收机放置在载体的特定位置,通过解析天线接收到的星历、伪距和载波相位数据便可得到载体的姿态角信息。本文利用双天线放置载体主轴两端的测量方式,在对GPS姿态测量算法进行深入研究的基础上,综合考虑算法实现的复杂度、实时性和现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)资源特点,提出了一种基于FPGA的GPS测姿算法实现方案。本文的主要工作如下:首先,设计GPS姿态测量算法的实现方案。解算卫星星历得到卫星位置信息;利用双天线观测到的伪距和载波相位数据建立GPS姿态测量的观测模型,采用加权最小二乘法(Weihted Least-squares,WLS)对观测模型进行求解,得到基线向量的浮点解和整周模糊度;利用最小二乘模糊度降相关(Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment,LAMBDA)算法对整周模糊度进行搜索,得到固定解,进而得到修正后的基线向量,解算出载体的姿态角信息。其次,对GPS姿态测量算法进行基于FPGA的设计与实现。设计工作主要包括:设计接口传输模块;设计支持浮点数的四则运算模块;设计基于流水线结构的坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)法求解三角函数模块;设计基于Cholesky分解算法的矩阵求逆模块;设计基于并行数据处理方式的加权最小二乘法运算模块和基于有限状态机方式的循环迭代求解模块。最后,对GPS姿态测量算法的FPGA设计与实现进行测试。首先对以太网口进行调试与测试,确保FPGA板卡与上位机通信正常;其次对方案的FPGA实现进行系统级测试,测试结果表明,解算出的载体姿态角中航向角和俯仰角的标准差(精度)分别为0.213864°和0.256836°。上述中的结果符合测姿精度要求,方案设计正确。