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基于GPS载波相位差分技术的全组合导航方法研究

作　者: 祝建成
导　师: 吴美平
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 载波相位差分 非完整约束 全局可观性分析 全组合导航
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


卫星/捷联惯导组合导航技术因具有互补性强、成本低、精度可靠等特点日益成为组合导航领域研究的热点。本文应用GPS载波相位应用技术的研究成果,从理论和试验两个方面对卫星/捷联惯导组合导航方案进行了研究。在理论上,针对低精度捷联惯导系统与GPS构成的组合系统进行了可观性分析,分析和验证了方案的可行性。在此基础上,对低精度捷联惯导系统的误差方程进行了推导,建立了组合导航系统滤波器状态方程,并结合GPS定位、高精度测速及定姿结果建立了观测方程。论文进一步针对GPS观测环境较差情况下,根据陆地运动载体的非完整约束,建立了等效观测方程,提高了组合导航系统可观性。论文利用Novatel OEMV-4 GPS接收机、Novatel 701型零相位天线和光纤陀螺捷联惯导系统进行了大量实验,有效地验证了全组合导航理论。实验结果表明,采用载波相位时间差分测速技术和非完整约束方法,全组合导航系统的航向精度优于0.03°,水平姿态精度优于0.05°。实验验证了在GPS观测环境较差情况下,车载动态条件下卫星/惯导组合导航系统可以得到高精度的航向、姿态信息,对提高动态通讯、跟踪具有重要的应用价值。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章 概述  8-12
  1.1 课题研究的意义  8
  1.2 组合导航技术国内外研究现状及发展趋势  8-10
  1.3 课题研究的背景和目标  10
  1.4 论文主要研究内容与结构  10-12
第二章 GPS载波相位空间差分定姿技术研究  12-34
  2.1 GPS载波相位测量的数学模型  12-15
    2.1.1 载波相位测量的观测值  12-14
    2.1.2 载波相位测量的观测方程  14-15
  2.2 载波相位双差方程  15-17
    2.2.1 单差方程  15-16
    2.2.2 双差方程  16-17
  2.3 GPS载波相位空间差分姿态确定技术  17-25
    2.3.1 GPS姿态确定原理  17-19
    2.3.2 模糊度搜索算法  19-25
  2.4 试验与仿真  25-33
    2.4.1 静态定姿试验及分析  25-28
    2.4.2 动态条件下航向角约束试验  28
    2.4.3 动态定姿仿真试验及精度分析  28-33
  本章小结  33-34
第三章 载波相位时间差分测速算法研究  34-44
  3.1 载波相位时间差分的基本原理和数学模型  34-35
    3.1.1 载波相位时间差分基本原理  34
    3.1.2 载波相位时间差分的数学模型描述  34-35
  3.2 速度测量及其精度分析  35-38
    3.2.1 速度测量算法  35-37
    3.2.2 速度测量的精度分析  37-38
  3.3 载波相位率的提取  38-40
    3.3.1 非线性跟踪—微分器的基本原理  38-39
    3.3.2 载波相位率提取算法  39-40
  3.4 GPS载波相位时间差分测速实验  40-42
  本章小结  42-44
第四章 全组合导航方法研究  44-60
  4.1 当地地理坐标系下的捷联系统误差方程  44-46
    4.1.1 姿态误差方程  44-45
    4.1.2 速度误差方程  45-46
  4.2 滤波器状态方程  46-49
    4.2.1 位置误差状态方程  46-47
    4.2.2 滤波器姿态误差状态方程  47-48
    4.2.3 速度误差状态方程  48-49
  4.3 滤波器观测方程  49-55
    4.3.1 位置观测方程  49-51
    4.3.2 速度观测方程  51
    4.3.3 姿态观测方程  51-52
    4.3.4 非完整约束等效观测方程  52-55
  4.4 组合导航系统可观性分析  55-59
    4.4.1 可观性的定义  55-56
    4.4.2 非线性全局可观性分析  56-59
  本章小结  59-60
第五章 组合导航实验及分析  60-64
  5.1 组合导航方案对比实验  60-62
  5.2 非完整约束对比实验  62-64
第六章 总结与展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
硕士期间发表的论文  69

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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