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基于Galileo多频数据的姿态测量系统研究

作　者: 熊晓欢
导　师: 范胜林
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航制导与控制
关键词: Galileo卫星定位系统 姿态测量 多频率组合载波 整周模糊度 周跳 约束条件 TRIAD TCAR Melbourne-Wübbena
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 54次
引　用: 1次
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内容摘要


利用GNSS载波相位信号进行载体的姿态测量是姿态测量研究的新方向。本文以Galileo系统为例,对卫星多频数据观测条件下的载体姿态测量系统进行了研究。总结了用Galileo多频观测信号确定载体姿态的技术特点,研究了利用多频卫星数据测量载体姿态的关键技术,并进行了改进和优化,提高了载体测姿的速度和精度。文章给出了Galileo测姿系统的观测模型,总结了多频率载波线性组合的概念,为Galileo测姿系统做了完整的误差分析,这一部分为后面其他工作和研究提供了理论基础。研究了应用卫星多频观测信号解算初始整周模糊度的方法。TCAR方法简单易行,但是叠加的观测噪声使成功率难以保证。小南间模糊度搜索方法在TCAR单步成功率最低的第二步引入一个小的搜索南间,提高了TCAR解模糊度算法的成功率。提出了应用约束法解双频整周模糊度:先利用卫星系统多频观测条件,组成双频双差宽巷组合观测值,用约束条件确定双差宽巷组合初始整周模糊度备选值,采用多种检验方法剔除错误的模糊度组合,最后求解出用于姿态解算的单频载波相位双差整周模糊度值,方法简单快速,克服了传统TCAR技术模糊度确定错误率高的缺点,提高了正确率。研究了多频数据与周跳探测和修复。Melbourne-Wübbena组合观测值法是适合多频观测条件下双差载波相位观测量的周跳检测法,适合静态和动态下使用,但是不能探测到小周数周跳。提出了对Melbourne-Wübbena组合观测值法的改进方法,提出一种选择优良探测周跳组合的适用公式,列出了(-60,60)区间内满足公式要求的所有组合观测值,经过仿真验证,都有良好的探测效果,能探测与修复任意周数的周跳。研究了矢量姿态解算算法,分析和改进了TRIAD算法,提高了姿态解算的精度。在研究多频观测的特点下,讨论了多个频率都对基线矢量进行求解给提高姿态精度带来的影响,建立了整个Galileo姿态测量系统的仿真平台,最后给出了整个系统的系统流程图和仿真验证结果。在研究基础上,建立了整个Galileo姿态测量系统的仿真平台,对仿真载体多根南线运动轨迹的过程进行了说明和叙述验证了Galileo姿态测量系统各个环节研究和改进的成果,对仿真载体多根南线运动轨迹的过程进行了说明和叙述。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究现状  13-15
    1.2.1 整周模糊度  13-14
    1.2.2 周跳探测与修复  14
    1.2.3 姿态解算  14-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-17
第二章 Galileo 测姿系统观测模型  17-36
  2.1 Galileo 系统  17-19
    2.1.1 Galileo 系统的频率、信号  17-19
    2.1.2 接收Galileo 信号常见误差  19
  2.2 Galileo 单频观测模型  19-25
    2.2.1 Galileo 测码伪距观测模型  20-22
    2.2.2 Galileo 载波相位观测模型  22-25
  2.3 Galileo 姿态测量观测模型  25-27
  2.4 Galileo 多频组合载波观测模型  27-32
    2.4.1 多频组合载波相位观测值定义  27-29
    2.4.2 多频组合观测值误差分析  29-30
    2.4.3 多频组合观测值系数的选择  30-32
  2.5 Galileo 测姿系统误差分析  32-35
    2.5.1 单频测姿系统误差分析  32-33
    2.5.2 多频测姿系统误差分析  33-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章 整周模糊度的确定  36-47
  3.1 TCAR 方法解整周模糊度  36-40
    3.1.1 TCAR 的一般方法步骤  36-38
    3.1.2 用于Galileo 的TCAR 算法仿真及特性分析  38-40
  3.2 小空间模糊度搜索法对TCAR 的改进  40-41
  3.3 应用约束法解双频整周模糊度  41-46
    3.3.1 双差初始整周模糊度(?)ΔN_23搜索范围的确定  42-44
    3.3.2 剔除不正确的双差组合模糊度  44-45
    3.3.3 解E2-L1-E1 基础载波上的双差模糊度  45
    3.3.4 应用约束条件法分析总结  45-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章 周跳的探测与修复  47-61
  4.1 常用的周跳探测方法  47-51
    4.1.1 高次差法  47-48
    4.1.2 多项式拟合法  48-49
    4.1.3 伪距/载波相位组合法  49-50
    4.1.4 电离层残差法  50-51
  4.2 Melbourne-Wübbena 组合观测值法的周跳探测  51-55
  4.3 一种新的双频组合周跳探测法  55-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 姿态解算算法及系统仿真  61-79
  5.1 姿态解算的基本原理  61-63
    5.1.1 导航坐标系  61-62
    5.1.2 求取姿态矩阵、解算姿态角  62-63
  5.2 TRIAD 算法及其改进  63-67
    5.2.1 传统的TRIAD 算法  63-65
    5.2.2 改进的TRIAD 算法  65-66
    5.2.3 数值仿真和姿态解算比较  66-67
  5.3 多频观测条件下的姿态解算及仿真  67-71
  5.4 系统仿真及系统验证  71-78
    5.4.1 飞行轨迹的设计与仿真  71-75
    5.4.2 系统流程图及系统仿真  75-78
  5.5 本章小结  78-79
第六章 全文总结与展望  79-81
  6.1 本文的主要工作  79-80
  6.2 进一步研究展望  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
在学期间的研究成果及发表的学术论文  85

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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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