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GPS载波相位定位算法研究与仿真

张旭  
【摘要】: 近年来,随着GPS技术的发展和完善,单独使用伪距定位已经不能够满足高精度定位的要求,利用GPS载波相位进行快速准确定位的研究开始广泛受到人们的关注,载波相位测量定位的关键问题是如何确定整周模糊度和周跳的探测与修复。本论文针对这两个问题进行研究和讨论,以GPS分析仿真软件系统为背景,设计实现载波相位算法仿真组件。 论文首先介绍了GPS测量定位方法以及原理,并进一步介绍了载波相位的定位技术,接着讨论了载波相位测量定位的数学模型,推导了GPS几种差分方程和相对定位数学模型中的误差修正。 通过对整周模糊度搜索确定技术的理论分析,根据观测域的不同讨论了几种整周模糊度搜索技术,包括基于观测域的整周模糊度搜索、基于坐标域的整周模糊度搜索和基于模糊度域的整周模糊度搜索;并分别介绍了几种搜索技术中的典型算法,如双频伪距载波相位组合法、模糊度函数法和LAMBDA算法。并重点分析了LAMBDA算法,利用马尔可夫估计,推导了GPS整周模糊度估计矢量和导航定位参数估计矢量的表达式以及相应的协方差矩阵;通过对实际的测量实验获取的数据分析来比较几种GPS整周模糊度确定算法,并对其进行了计算机仿真,认为LAMBDA算法是实现整周模糊度动态确定较为有效的算法;此外,还研究了周跳检测与修复的几种常用方法,提出了利用双频P码伪距法和载波相位变化率法来探测和修复周跳,并通过试验数据对该算法进行了验证。最后,基于COM组件设计思想设计实现了GPS分析仿真软件的功能组件——载波相位算法软件。


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