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利用单天线GPS确定载体姿态的分析.pdf 55页

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南京航空航天大学硕士学位论文 第一章概述 全球定位系统(简称GPs——Global PositioningSystem)是美国国防部主要 为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。 GPS作为新一代卫星导航与定位系统,不仅具有全球性、全天候、连续的精密三 维导航与定位能力,而且具有良好的抗干扰性和保密性。自1994年7月美国全球 定位系统全部建成并投入使用以来,短短的几年内,这一技术发展极为迅速,GPS 的应用已经进入了科学技术和经济建设的很多领域,在大地测量、精密工程测量、 地质监测、交通监测和空间气象方面都得到了广泛应用,获得了巨大的经济效益 和良好的社会效益。 具有类似功能的定位系统还有俄罗斯的GLONASS系统,我国也开始建立 具有一定定位功能的北斗星计划。目前,国内市场上GPS产品很多,但是其核心 技术是属于国外的,因此深入研究和开发GPS系统具有重要的意义。 1.1研究背景 利用GPS的码相位、载波相位信号或二者的综合来进行单点坐标确定、大地 测量和相对定位等已进入了实用阶段。其中利用码相位来得到伪距的方法应用最 公开的保密码,非经美国政府批准的广大用户难以利用。最近几年受到广泛重视并 已在深入发展的主要是利用GPS载波相位信号作为观测值来进行定位的研究,其 定位精度可达毫米级,但需确定载波相位的整周模糊度,相应的数学模型比较复 杂,计算量较大。近年来,利用GPS的载波信号来确定载体的姿态是一种新的应 用。 在飞机和舰船上,航向和姿态是导航的重要参数。通常情况下,高精度的实 时姿态测量都是采用陀螺和加速度计组成的惯性系统,虽然惯性系统具有自主性 好、动态性好的特点,但是惯性系统结构复杂、价格昂贵、而且陀螺的误差会随 着时间积累。随着GPS技术的不断发展,用GPS独立来进行定位、测姿或与其它 导航系统组合定位、测姿已经成为一种必然趋势。 1987年,美国Tfimble 确定位置和姿态的GPS接收样机,并于同年7月进行了试验。在基线长为60cm / 单天线GPS确定载体姿态研究 分测量航向角和俯仰角的实验,基线长23cm,航向角和俯仰角的误差低于0.0057 基线,精度可以达到lmrad左右。90年代以来,实时姿态测量一直是GPS应用研 涉仪姿态测量系统的正式产品,即Astech公司的3DF姿态/航向测定系统和 Ttimble公司的TANS Air 200飞机上的对比试飞结果, Vector和LN93环形激光捷联惯导系统在King 变形条件下,Vector的姿态精度优于0.1度(平均为O.05度)。 1.2研究目的、内容和技术关键 随着GPS研究的不断深入,利用多天线GPS确定载体姿态的精度也越来越 高的,已经到了工程实用的要求。但是多天线GPS测姿系统存在着一些不足之处: 各个GPS接收天线延迟、噪声相互独立;运算量大,实时性难以保证:天线安装 时要求中心严格在一个水平面上,安装技术难度大;。针对这种情况,本文提出了 一种新颖的利用单天线GPS确定载体姿态的方法。 为此,本文进行了以下的深入分析: ● 分析了

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