应用GPS载波确定载体姿态

本文简述了利用GPS载波相位技术进行载体姿态确定的原理，比较了目前已有的多种整周模糊度求解算法，选用最小二乘法进行了载体定姿实践，减少了备选整周模糊度的组合数，并采用多种约束信息来剔除不正确的模糊度组合，结合实验，指出了载体姿态变化和整周模糊度搜索速度的关系，提出了一种模糊度确定的辅助方法，并给出了应用算例。     

一种组合模糊度搜索方法的研究

GPS数据质量直接影响模糊度搜索的正确与否。首先对GPS数据质量进行控制,利用现有的几种模糊度 搜索方法的优点,组合成一种模糊度搜索方法,并从三个方面对其进行检验,即RATIO检验、OVT检验、多项式拟合残差 检验。为验证该算法,用单频GPS接收机进行了实验,利用文中的方法在31s以内正确确定了模糊度,其基线长误差小 于1cm,表明该方法不但可以改进模糊度的搜索速度,而且可以进一步提高可靠性和成功率。该方法可广泛应用于定向 及姿态测量。     

X射线脉冲星导航中相位模糊度解算

分析了脉冲星相位观测量的特点,介绍了采用单差、先双差后单差、航天器钟差辅助检验等三种模糊度搜索方法.利用仿真数据对比了三种方法检验的效果.通过计算,先双差后单差检核方法明显优于单差检核的方法.解算航天器钟差同样可起到辅助检核的作用,提高模糊度搜索的成功率.模糊度搜索受时间误差、脉冲星位置误差的影响较小,受相位误差影响较大.进行模糊度搜索时,在寻求较少模糊度组合数的同时,应优选几何结构好、测距误差小的脉冲星组合.     

双星编队星座相对状态自主确定

针对NASA的ST-3中自主编队飞行的双星星座，研究在无GPS信号覆盖区域，利用星载类GPS的伪距和载波观测数据自主确定双星星座之间相对位置与钟差的问题。文中首先给出了系统的数学模型；然后研究利用卫星姿态机动提供的几何信息，进行单差整周模糊度初始化的问题，讨论了最优化的卫星姿态机动方案；最后给出了仿真协方差分析结果。     

利用外部辅助信息解决双星定向中的模糊度确定问题

由于我国双星系统载波相位信息少,且对地静止,难以直接利用多星系统(GPS、GLONASS等)解模糊方法进行双星定向。针对此种情况,本文提出了一种基于外部辅助信息的模糊度函数方法来确定单差模糊度参数初值,并详细分析了外部辅助信息的精度要求。进行了仿真实验,结果表明:当基线长度为2米,原始载波相位测量精度为1%周时,只需外部姿态传感器提供精度不低于1 70°的辅助方向信息,即可以约98 60%的高成功率正确确定模糊度参数。该项技术可辅助惯导系统实现快速初始对准。此外,采用多天线配置,利用INS提供概略姿态信息可实现双星实时定姿,并可进一步发展为双星/INS组合导航系统,从而极大地扩展应用领域。     

机载双天线模糊相位差和多普勒频率联合定位

研究机载单站利用双天线对固定辐射源进行无源定位的技术。首先介绍仅利用相位差变化率的全空域网格搜索定位法,然后对其进行改进,采用边沿相关来测时差,将全空域搜索缩小为扇形搜索,从而大幅减少了计算量。针对定位结果对飞机姿态精度敏感的问题,提出一种模糊相位差和多普勒频率联合定位算法,并通过仿真验证了算法在定位精度和收敛速度上的优越性。     

基于实数编码自适应遗传算法的整周模糊度快速解算

针对整周模糊度解算中实时性不强的问题,提出了一种基于实数编码的自适应遗传算法。首先利用卡尔曼滤波求解整周模糊度的浮点解,然后采用排序和多次(逆)双乔里斯基分解对浮点解及其协方差阵进行降相关处理,降低整周模糊度各分量之间的相关性,最后利用已知基线确定模糊度搜索空间,基于实数编码,将自适应遗传算法应用在整周模糊度的搜索解算过程中,求得整周模糊度的最优解。仿真结果表明,本文算法与Lambda算法相比,耗时更少;与简单遗传算法相比,具有更强的收敛能力,是一种高效的整周模糊度快速解算方法。     

一种解算整周模糊度几何算法实现GPS快速测姿

在多天线GPS姿态确定系统中,整周模糊度的确定一直是姿态解算的一个难题。针对载波相位双差模型,本文提出一种新的几何解算双差整周模糊度的方法。该方法首先利用C/A码数据完成姿态初步解算;然后根据初步解算的姿态参数、各天线间基线分量参数和卫星到接收机在当地水平坐标系中的向量,再利用本文提出解算双差整周模糊度几何算法求取整周模糊度双差值;将整周模糊度双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量,由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数。同时,应用本文所提出的方法,对采集的GPS多天线静态数据和动态数据进行了姿态测量解算,验证了所提方法的有效性。     

载波相位测量中整周模糊度的解算与仿真

对整周模糊度解算全过程进行描述并提出GPS信号受到干扰条件下确定整周模糊度的一种方法。该方法将惯导伪距作为待定点目标位置的近似值 ,代入双差相位测量方程里 ,推导出误差项 ,通过最小二乘算法得到实数解的整周模糊度 ,再分别通过快速模糊度搜索法和综合模糊度搜索法进行整周模糊度搜索 ,通过仿真检验该方法的正确性同时对比两种算法性能。     

航天器GPS姿态估计算法研究

利用全球定位系统（GPS）确定航天器姿态是GPS在航天器上应用的一个重要方面。分析了几种利用GPS进行航天器姿态估计的典型算法，建立了GPS姿态确定的单差和双差观测模型，对GPS姿态估计的递推算法和利用航天器姿态运动信息的滤波算法进行了仿真计算，验证了模型和算法的有效性。最后，对常用的基于GPS的航天器姿态估计算法进行了分析和讨论，给出了算法选择的原则。     

基于GPS相位法对舰船等大型载体定姿中的模糊数求解方法

本文讨论采用四天线GPS载波相位接收机对舰船等大型载体的定姿方案，提出用数据平滑与空间几何约束相结合的方法来解决快速确定定姿方程中模糊数的难题。提高了定姿成功率，并通过实测数据进行了验证及精度分析。     

A vectorial bootstrapping approach for integrated GNSS-based relative positioning and attitude determination of spacecraft

Traditionally in multi-spacecraft missions (e.g. formation flying, rendezvous) the GNSS-based relative positioning and attitude determination problem are treated as independent. In this contribution we will investigate the possibility to use multi-antenna data from each spacecraft, not only for attitude determination, but also to improve the relative positioning between spacecraft. Both for ambiguity resolution and accuracy of the baseline solution, we will show the theoretical improvement achievable as a function of the number of antennas on each platform. We concentrate on ambiguity resolution as the key to precise relative positioning and attitude determination and will show the theoretical limit of this kind of approach. We will use mission parameters of the European Proba-3 satellites in a software-based algorithm verification and a hardware-in-the-loop simulation. The software simulations indicated that this approach can improve single epoch ambiguity resolution up to 50% for relative positioning applying the typical antenna configurations for attitude determination. The hardware-in-the-loop simulations show that for the same antenna configurations, the accuracy of the relative positioning solution can improve up to 40%.     

GPS定姿系统/捷联惯性导航系统组合技术研究

研究了GPS定姿系统和捷联惯性导航系统二者的组合技术 :根据传递对准技术 ,研究了GPS定姿系统在捷联惯性导航系统的初始对准中的应用 ;根据空间几何约束 ,研究了模糊度的搜索算法 ,以提高定姿系统的计算效率和稳定性。实验证明 ,方案切实可行 ,收到了良好的效果。     

基于偏振光及重力的辅助定姿方法研究

提出了一种以太阳方向矢量为基准的偏振光导航方法,该方法利用太阳方向矢量物理意义明确的特点,消除了直接利用偏振光进行导航定向时存在的180°模糊性问题。为完全观测载体姿态,同时引入了重力观测量,提出了利用偏振光及重力矢量联合辅助定姿的方法,并详细推导了该方法的观测方程,同时给出了当姿态误差较小时,观测方程的简化线性形式。利用该姿态观测方程,设计了基于偏振光及重力辅助定姿的偏振光/GPS/SINS组合导航算法。理论分析及仿真表明,通过引入偏振光及重力矢量进行辅助定姿,导航系统可以直接观测载体的平台姿态误差,进而增强了系统对载体姿态的估计性能,且使得组合导航系统可以完成大初始姿态误差时的导航任务。     

GPS/速率陀螺组合Kalman滤波姿态确定算法研究

建立了GPS／速率陀螺组合姿态估计系统的模型，研究比较了三种典型的Kalman滤波姿态确定算法：状态扩充法、量测量求差法和时变噪声估计跟踪自适应滤波算法。给出了某航天器采用GPS／速率陀螺组合姿态确定的仿真计算结果，并对结果进行了分析。结果表明，与传统Kalman滤波算法比较，时变噪声跟踪自适应滤波算法和量测量求差滤波算法能较好地消除GPS测量中相关时变噪声的影响，提高姿态确定的精度；而且时变噪声跟踪自适应滤波算法能很好地消除由于噪声统计性能的不确定性对Kalman滤波的影响，提高姿态确定系统的性能。     

基于GPS及其与磁强计组合的姿态确定算法研究

提出了一种组合敏感器定姿算法，针对卫星上同时装备有磁强计与全球卫星定位系统（GPS）的情况，利用两者的测量信息，在卡尔曼滤波算法的基础上，对两者信息融合定姿算法进行了设计和仿真，旨在提高卫星自主定姿精度和可靠性，结果表明，组合定姿算法使姿态确定的精度得到提高。     

基于盒粒子滤波的低成本皮纳卫星高效姿态确定算法

针对低成本皮纳卫星姿态确定系统在质量、体积、计算量以及能耗等方面的限制问题，本文基于区间分析理论提出了卫星姿态区间化描述方法并建立了运动学区间化方程，提出了基于盒粒子滤波(BPF)的皮纳卫星姿态确定算法。该算法首先采用双矢量算法对太阳敏感器和磁强计得到的量测进行姿态解算，并将解算出的姿态四元数作为伪量测值输入传递给BPF，从而降低敏感器噪声对估计精度的影响。仿真实验表明，相比于传统粒子滤波的姿态确定算法，本文所提出的BPF姿态确定算法能够在保证姿态确定精度的同时大幅缩短算法运行时间。