瞬时GPS姿态确定

本文介绍了瞬时GPS姿态确定方法,即只用单时刻测量值解GPS积分多普勒波长的模糊度。以前解相位模糊所用的大部分技术需要作某种形式的依赖GPS卫星和/或用户运动的时间历程处理,为消除不合理解提供足够的几何变化。本文介绍的算法假定使用两副以上天线(全部姿态确定需用三副以上天线),并从四颗以上卫星由一或两个GPS L波段载波测得积分多普勒测量值。利用专门的双差分处理得到测量误差不相关的观测量,用于计算天线相对位置及两个以上姿态欧拉角。针对利用4颗以上卫星及2副以上天线及一或两个GPS L波段载波频率(包括86cm宽巷道测量值),开发和演示了GPS姿态确定中快速解双差分载波相位模糊的算法。为希望瞬时GPS测姿的用户找出了实际设计极限。姿态快速确定中的重要因素之一是用户接收机跟踪的卫星数目,GPS金星座对此有很大好处。     

GPS载体姿态测量中的LAMBDA方法研究

研究了采用双基线方案测量载体的姿态,利用 GPS载波相位干涉测量基线矢量,引入 LAMBDA法解算整周模糊度,由 CPU时间图可以看出这种方法能快速而准确地解算整周模糊度,对于实时姿态测量(RAD)系统具有很好的应用价值。     

利用几何约束快速求解整周模糊度

本文以GPS载波相位测量确定载体姿态的应用为背景，针对其中的关键技术问题－载波相位整周模糊度的快速解算，提出了一种充分利用卫星与基线之间几何约束来压缩搜索空间，快速得到正确的双差模糊度组合的方法，并通过对ADUⅡ接收机采集的原始数据进行处理，其结果证明这的确是一种行之有效的模糊度搜索方法。     

利用GPS测量空间转移飞行器的姿态

在长时间的运行过程中,空间转移飞行器(STV)的惯性测量系统将积累过大的姿态误差。利用GPS可以对其姿态进行修正,以满足任务的需求。本文考虑了测量姿态的四种不同方法:推力矢量测定、差分GPS、相位时间三差和载波相位测姿。由于非常靠近空间站,空间转移飞行器上天线间隔的限制及相位时间三差求解需要很长的积分时间,我们选用载波相位测姿法。利用人马座顶上级代表空间转移飞行器的结构,载波相位的测量精度为0.2cm,本文证明了利用相位时间三差解初始的不对准误差对大部分飞行任务是可以接受的。GPS和高质量的惯性导航系统(INS)相结合,可以改进姿态测量方法,同时惯导系统还可辅助GPS接收机的载波跟踪环,保持载波相位的锁定。利用载波相位测姿法测量空间转移飞行器的姿态,至少要用4颗卫星。本文给出了一种选择有利卫星几何的几何方法。概括地讲,首先选择一颗最高仰角的卫星作为主星,然后在天线基线相反两侧选择低仰角的2#星和3#星,最后选择4#星,4#星远离其它3颗星,并且最好位于与基线垂直而不是包含基线的平面上。其目的是选择几何分布好的卫星,以便有良好的天线基线方位/俯仰灵敏度和良好的单位矢量差(GDOP)分布。本文介绍了对于一组卫星,一旦主星选定,如何从数学上计算方位/俯仰灵敏度。把方位和俯仰灵敏度及GDOP代入复合排序方程,以确定最佳的一个4颗星的星座,然后采用Magnavox研究的载波相位定位的算法,由这4颗卫星的载波相位,计算空间转移飞行器的姿态。     

平均场退火算法在GPS姿态确定中的应用

研究了基于GPS载波相位测量载体姿态的技术 ,采用了精度高速度快的平均场退火算法(MFANN)。MEFANN是竞争性的Hopfield神经网络和随机模拟退火算法结合起来的一种算法 ,用来求解最优姿态确定问题。首先阐述了GPS载波相位姿态测量基本原理 ,接下来建立了姿态测量系统数学模型 ,应用MFANN算法来解算整周模糊度和方位角 ,最后给出了应用MFANN方法求解的实例 ,说明该方法是有效的     

差分GPS载波相位测量整周模糊度的快速求解

对Cholesky分解整周模糊度的求解进行了改进,在求解整周模糊度的过程中,首先采用LAMBDA法对整周模糊度进行整数线性变换再作Cholesky分解,然后利用最优剪枝法（bestcut）对整周模糊度进行搜索,实验结果表明该方法具有快速搜索整周模糊度的能力,可以满足采用GPS载波相位测量确定姿态以及GPS载波相位测量与INS组合的实时性。     

GPS载波相位在大型载体姿态测量中的应用

本文针对舰船等大型栽体的姿态测量，采用GPS载波相位双差测量法来确定载体的姿态，应用载波相位确定栽体的姿态需要解决的关键问题是整周模糊度的确定。文中利用空间几何关系，来压缩模糊度的搜索空间，以加快模糊度的解算速度。通过静态和动态试验对文中的方法进行了检验，在静态用3．48米长的基线其偏航角精度优于0．06度，动态时用3．48米长基线来验证了算法的正确性。通过试验该测姿系统在实时性、精度、可靠性等方面能满足精确定姿要求，是实现动基座惯性导航系统快速初始对准的重要手段之一。     

利用旋转双天线载波相位双差的欺骗干扰检测技术

有效的欺骗干扰检测是防止卫星导航接收机被欺骗干扰攻击的前提。提出了一种基于旋转双天线载波相位双差的卫星导航接收机欺骗干扰检测技术,在对接收机双天线匀速旋转时输出载波相位测量值进行载波相位双差处理后,利用广义似然比检验实现了对单一发射天线输出欺骗干扰信号的检测。进一步分析了旋转半径和数据长度对检测性能的影响,并与旋转单天线和天线阵载波相位双差欺骗干扰检测方法的性能进行了对比。最后,通过蒙特卡罗方法进行了仿真验证,结果表明了该检测方法和检测性能分析的正确性。     

基于北斗卫星导航系统的空间站姿态测量可行性分析

为了探索北斗全球卫星导航系统应用于中国空间站姿态测量的技术可行性,调研了中国未来空间站运营时北斗全球系统导航星座情况,给出了北斗系统对空间站的服务能力;基于载波相位高精度测量原理,对载人空间站利用北斗全球系统完成姿态测量所需的技术条件进行了分析,首次提出了在空间站三舱分别配置北斗天线,使用基于北斗导航信号载波相位的高精度测量算法进行组合体姿态测量的技术思路,初步给出并分析了相应的设备配置和工作方案,并对其在轨运行时的姿态角测量精度进行了仿真分析。在配置三天线组成两条10 m量级基线条件下,仿真的姿态角测量均方根误差约为0.05°。在具备相应信息处理和通信能力的条件下,利用北斗全球系统接收机可以完成空间站姿态测量功能,具有技术可行性。     

基于载波相位增量的消模糊度和精确定位方法

利用高精度的导航卫星载波相位测量数据来确定目标位置是一种非常优良的技术途径,特别是用于准实时和事后处理确定运动目标的轨迹,更是有着显著的应用前景。然而,载波相位测量因存在整周模糊度,从而限制了它的应用。本文提出了基于载波相位增量建模思想,以及消除载波相位测量的整周模糊度和解算目标飞行轨迹的方法,可以有效地解决相应的问题,从而可以精确获取飞行器的高精度运动轨迹。     

一种适合单频GPS动态求解整周模糊度的方法

对于高精度测量和导航,GPS载波相位整周模糊度的快速求解仍然是一个难点,尤其对于单频接收机。本文提出一种动态快速求解整周模糊度的方法,其基本思想先对系数阵进行QR分解,然后通过矩阵变换使模糊度参数和位置参数分离,从而降低矩阵的维数,满足实时动态求解的要求,最后应用LAMBDA方法搜索模糊度。为验证该算法,我们用单频GPS接收机进行了两种实验(静态和动态),利用本文方法解算,静态误差小于1．5cm,动态误差小于4cm。实验结果表明：对于动态用户,该方法是快速和有效的。该方法可应用于高精度的导航和定位。     

一种基于乘性误差四元数的多天线瞬时测姿算法

为进一步拓展全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测姿应用领域,提升多天线瞬时测姿性能,解决GNSS载波相位观测定姿中的模糊度搜索耗时和周跳探测复杂等问题,提出了一种基于乘性误差四元数的多天线姿态解算方法。使用滤波技术将姿态约束信息通过状态模型和当前观测模型融合,对模糊度进行降权处理,免去周跳探测步骤,从而实现瞬时姿态解算。仿真实验结果表明,新算法既保证了解算效果,又增加了数据处理的灵活性,且耗时更符合实时性需求。     

基于整周模糊度精确解算的空间站伴随飞行器DGPS相对导航技术研究

研究了基于载波相位差分GPS的空间站伴随飞行器相对导航技术,建立了相对导航滤波的系统状态空间模型,并且系统状态向量中包含了GPS整周模糊度;采用扩展卡尔曼滤波EKF实现了相对导航滤波的最优状态估计,并提出了浮点解和定点解相结合的GPS整周模糊度解算方法,以提高相对导航精度。仿真结果表明,与仅采用EKF对GPS整周模糊度进行最优估计获得浮点解的方法相比,采用浮点解和定点解相结合的GPS整周模糊度解算方法,可有效提高相对导航滤波精度。     

低成本GPS/INS综合姿态测位系统

廉价固态惯性传感器技术取得很大进展,使得惯性测量设备(IMU)的价格下降到10,000美元左右。测地和导航研究所(IfEN)购买了这种IMU,即SystronDonners公司的MotionPak~(TM),用来开发GPS/INS综合姿态确定系统。至于综合系统中的GPS接收机,IfEN选用了天宝公司的先进导航传感器(TANS)Vector接收系统,这是一个多天线测姿测位系统。 IfEN开发了实时导航软件,利用MotionPak陀螺仪和加速计的输出计算位置、速度和姿态。这些计算值与从TANS Vector得到的位置、速度和姿态信息在卡尔曼滤波器中综合处理。试验结果表明该系统可以达到0.1°的姿态确定精度(RMS)。本文介绍了这种低成本GPS/INS综合系统,包括GPS和INS硬件,数据获取和软件。     

GPS 双基线载体姿态测量研究

研究了采用双基线方案测量载体的姿态,利用GPS双差相位测量基线矢量,双差伪距观测值辅助解相位整周模糊,双频时引入空间变换缩小置信空间搜索次数,通过实例分析得出了正确解算相位模糊与观测次数、伪距测量精度的关系,并利用误差传播定律对姿态测量精度进行分析,结合卫星星历数据计算表明,在卫星运行周期内航向角和俯仰角平均测量精度在一定条件下优于2mrad.     

用于航天器的GPS姿态和轨道确定技术

GPS接收机的进展已可用于空间导航和姿态确定。正在研制的GPS Ten-sor~(TM)将作为空间固态GPS姿态和轨道确定接收机,并将进行质量合格检验。该设备将为航天器制导及控制提供导航位置、速度、姿态、姿态角速率和时间的13个输出状态。     

短基线动态相对定位中GPS单历元解算整周模糊度方法

针对短基线动态相对定位中快速解算整周模糊度的难题,提出了一种新的方法——GPS单历元解算整周模糊度。文中对相关的观测方程、载波相位的观测精度、真假解的识别等问题进行了详细讨论。试验证明,该方法正确、可靠,解决了快速解算整周模糊度这个难题,克服了传统方法需要进行静态初始化等问题。将该方法应用在车辆、舰船等移动载体上,可以实现真正意义上的实时动态相对定位,具有重要的应用价值。     

GPS载波相位测量在高动态飞行器姿态确定中的应用

利用GPS载波相位测量值确定高动态飞行器的姿态,由于受处理速度限制,一般难以实时完成,为此本文提出了利用空间几何约束原理来实现高动态飞行器的姿态快速测定,并进行了大量的仿真计算。     

基于小波变换的GPS载波相位周跳检测与修复

载波相位周跳检测与修复是实现GPS高精度定位的难点之一。小波变换具有空间局部性好的特点,本文利用小波变换把载波相位观测量分解为高频和低频分量,提出了利用小波系数局部极值点检测相位周跳的方法。基于载波相位和多普勒频率共同约束的埃尔米特多项式,外推周跳时刻载波相位,与观测值比较确定周跳的大小,从而修复周跳。利用飞机实际观测数据和仿真的高动态数据进行了计算,给出了计算结果,表明该方法可以对高动态情况下载波相位周跳进行准确探测和修复。     

基于运动的GPS测姿解整周模糊的新算法

利用GPS载波相位技术可进行近厘米级精度定位。借助几个天线,利用载波相位可测定姿态。本文介绍一种基于运动的解整周模糊的算法,适用于可见GPS卫星较少的场合。当共视卫星数少于3颗时这种算法是一种基本手段。用作直升机自主样机和飞机的测姿设备实验中,这种算法非常成功。