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GPS整周模糊度及其在姿态测量中的应用研究

史琳  
【摘要】: 利用载波相位观测量对载体姿态进行测量是GPS应用的一个新领域。GPS测量姿态不仅成本低,而且可以提供较高的精度,满足一般载体的需要。由于GPS本身具备了导航定位的能力,GPS姿态测量系统在航路导航、精密着陆、自动驾驶等方面可以广泛应用。因此,GPS姿态测量具有巨大的应用潜力,是一个新的姿态测量发展方向。 本文在CPU 1.70GHz,内存256M,操作系统为Windows XP的环境下,利用MATLAB 7.0软件编程,重点研究分析并仿真实现了确定整周模糊度算法及GPS姿态测量算法。 本文完成的主要工作包括整周模糊度搜索算法的仿真实现和GPS单历元单频测姿算法的设计和仿真实现。整周模糊度搜索算法方面,基于LAMBDA算法和MLAMBDA算法的理论基础,利用MATLAB编程,仿真实现这两种搜索算法,并从去相关处理、运行时间和成功率三个方面对它们进行性能分析。结果表明:在成功率相当的情况下,MLAMBDA算法去相关效果更佳,各过程运行时间均更短,从而提高确定整周模糊度的效率。GPS测姿算法方面,设计了一种单历元单频测姿算法,采用L_1载波,将LAMBDA算法和MLAMBDA算法应用于其中,并利用MATLAB编程,仿真实现了整个单历元单频测姿算法过程。首先,分析了RINEX数据交换格式,完成了从实际的卫星星历数据中对姿态测量算法所需关键数据的读取。其次,仿真出七颗卫星的位置。再次,采用伪距观测量C/A码,通过将伪距观测方程微分并线性化,迭代计算出接收机位置。接着,研究了最佳星座选择原则,实现了卫星高度角计算和GDOP因子选星,并仿真出接收机和选择的四颗卫星的位置。之后,根据选择的主星辅星完成载波相位双差方程的建立,引入LAMBDA算法和MLAMBDA算法分别完成整周模糊度的确定,并给出它们的各过程运行时间,由此验证了在整周模糊度的确定一章中得到的结论。最后,完成了基线矢量的解算,计算出单历元时刻姿态角中的航向角和俯仰角,并分析解算连续十个历元姿态角的精度,得出了该单历元单频测姿算法具有较好精度的结论。


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