一种利用GPS进行动态载体姿态测量的新方法

提出一种利用GPS进行载体姿态测量的新方法。这种方法利用接收机之间的波程差并结合当地水平坐标系与载体坐标系的转换关系来进行载体姿态的解算,从而避开对整周模糊度的求解,具有较高的计算效率及稳定性。通过仿真分析,证明该算法在理论上是成立的,并且测姿精度优于0.1°。     

SINS的SRC-KF姿态估计算法

基于飞行器载体SINS姿态计算精度要求,提出了一种SINS(strap-down inertial navigation system)的球面径向容积卡尔曼(spherical-radial cubature Kalman filtering,SRC-KF)姿态确定算法。该算法把笛卡尔坐标系中状态向量变换到球坐标系中,通过Gauss-Hermite求积计算获得2n个球面径向容积点及其权值系数来逼近计算系统状态估计及其方差矩阵,其计算精度可达到三阶;采用四元数姿态建模方法构建新型SINS状态变量与噪声向量相关的姿态方程模型,利用伪观测向量构建观测噪声与四元数相关的观测方程模型,设计系统噪声方差分离计算算法进行系统噪声方差计算,引入拉格朗日乘子算法计算四元数估计均值,最后利用SINS/CCD姿态估计仿真系统开展的SINS的SRC-KF姿态模型算法进行仿真验证。通过与中心差滤波(CDKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法计算结果进行对比,可以看出SRC-KF算法具有计算精度高以及数值计算稳定等特点。     

三天线GPS姿态解算误差分析

介绍了一种通过三个天线的GPS测量定位值来求解载体姿态参数的方法,通过坐标系的变换得到了载体三个姿态角的求解公式;用误差传递的分析方法得到了载体三个姿态角测量误差的表达式;通过对GPS定位误差的简化处理,得到了载体三个姿态角测量误差的简化表达式;给出了一定条件下GPS定位误差的三个姿态参数测量误差的仿真结果。     

GPS/INS位置、速度和姿态全组合导航系统研究

传统的GPS/INS组合导航是以位置和速度为观测量进行组合,其可观测性与载体的运行轨迹有关,从而影响整个系统的精度和可靠性。为解决这一问题,本文提出了地固坐标系下的位置、速度和姿态全组合方法,推导了GPS多天线测姿的误差方程,给出了姿态误差与平台失准角之间的转换关系,在传统的位置和速度组合基础上建立了全组合导航的数学模型,并通过实测机载数据对该模型进行检验。结果表明,该模型显著提高了姿态精度,对速度和位置精度也有一定程度的提高。     

基于加速度量测幅值零速检测的计步算法研究

准确的步数统计是进行人员航位推算的关键,通过分析行人运动模型及步行姿态,设计了一种基于零速检测的加速度量测幅值计步算法,实现了载体坐标系和行人地理坐标系的转换,剔除了伪零速现象,在室内模拟环境下采用低成本的微机电机械系统（micro electro mechanical system,MEMS）惯性测量元件对人员行走进行检测,实现了行人运动姿态的有效识别和步数的精确统计。实验结果表明,该计步方法准确性高,对不同的运动环境（走廊、拐角和楼梯）具有良好的适应性,计步正确率均达到98%以上,并且所用的测量元件功耗低,便于携带,适合室内复杂环境。     

车载三天线GNSS的直接法定姿及精度评估

针对移动测量系统对载体姿态的需求,对车载三天线全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）的直接法定姿进行了研究。分析了定姿的原理,给出了姿态解算公式,并提出一种简便的方法确定航向角的象限,解决了航向角的多值性问题。为了评估该方法的精度,利用车载的三天线GNSS进行了动态实验,采集了动态观测数据,利用直接法对观测数据进行了姿态解算,并用同车搭载的一套高精度惯性导航系统（inertial navigation system,INS）给出的姿态参考值对三天线GNSS定姿的精度和可靠性进行了评估。结果表明,三天线GNSS直接法定姿精度高、可靠性好,并具有计算简便,可避免奇异性问题等优点。     

基于豪斯霍尔德变换的三维空间柱面拟合

针对点云三维建模中一般空间任意姿态的柱面拟合问题,提出通过豪斯霍尔德变换直接求得测量坐标系和柱面坐标系的旋转矩阵.详细介绍了先由点云法向量计算得到轴向向量,通过豪斯霍尔德变换再进行投影,达到降维处理,再拟合平面多项式曲线,最后扩展到三维空间以达到拟合一般曲面的目的.通过实例计算与分析论证该方法拟合的曲面精度可靠且有效可...     

利用RTK技术确定海道测量船质心位置

根据海道测量对姿态传感器安装位置以及观测点姿态改正对质心坐标系的要求,提出了一种利用GPS-RTK测量技术确定测船质心位置的方法,并给出了静态锚泊情况下测船质心位置的确定模型。实验结果表明,该方法能够以较高精度求定测船的质心,适用于海道测量船质心位置的确定。     

引力不变量曲线坐标系及在定位导航上的应用

本文基于引力与引力梯度不变量引入了3个仅是点位的独立函数,从而构成了空间的曲线坐标系.在此基础上,讨论了引入的不变量坐标系在定位导航方面的潜在应用.事实上,利用观测所得的引力与引力梯度不变量,可直接构建关于观测点的方程组.由于该方程组是非线性的,所以求解过程中必须进行线性化处理以及迭代计算.为了展示如何使用该曲线坐标系进行定位导航计算,本文借助于EGM2008模型进行了仿真计算.结果表明,本文提出的算法稳定,能较好地对点位坐标进行恢复.     

CHAMP星载加速度计数据分析

利用GFZ数据中心提供的CHAMP卫星星载加速度计数据,通过坐标系转换计算得到惯性系下的非保守力加速度;研究和讨论了CHAMP星载加速度计数据特点、改正数计算和姿态数据间断的处理等问题,指出了1.0版姿态数据跳变和2004年后姿态数据间断过大而无法使用的现象,建议实际处理时不采用1.0、1.1版及2004年后的数据。通过计算表明:在1 min之内的CHAMP星载加速度数据间断可以用简单内插的方法进行处理,并且简单内插结果的精度与数据质量有关,因此要慎重使用内插数据。     

Integrity monitoring of high-accuracy GNSS-based attitude determination

Global navigation satellite system (GNSS)-based attitude determination has been widely used in the navigation fields. The reliability of attitude determination is indispensable for safety-critical applications. Since the multi-antenna-based attitude determination uses ultra-short baseline carrier phase double differential processing, the incorrect ambiguity resolution and the excessive measurement error are two main factors affecting the reliability of attitude determination. Since the ambiguity correctness validation cannot guarantee the reliability of the attitude solution, therefore an integrity monitoring method is proposed for the attitude determination in the measurement domain. The proposed integrity monitoring method constructs double test statistics to satisfy the requirements of integrity risk and continuity risk, simultaneously. Furthermore, the attitude alarm limit has been derived from the required navigation performance as the threshold to test the availability of attitude determination. The performance of the proposed method is tested by conducting the static and kinematic experiments, respectively. The static results have shown that the proposed integrity monitoring method is able to monitor the ambiguity fault and the excessive measurement noise. The real-world kinematic data have indicated that the proposed method can reduce the maximum attitude error by about 2.3°, when compared with the standalone ratio-test method.     

GPS精度鉴定测姿系统中的闭合差检验

简要介绍了GPS精度鉴定测姿系统构造原理,针对高动态条件下GPS精度评估与检验存在检核难的问题,设计了利用三角形闭合差进行检验方法,基于Visual C++编写了精度检验软件,经数据分析得出GPS高动态下的系统误差,该方法计算简单易于操作,有效利用了测姿系统冗余信息,具有较好的实用价值。     

基于GNSS天线阵列的定姿方法研究

针对车载移动测量系统对运动载体姿态的确定,研究车载全球卫星导航系统(GNSS)天线阵列定姿方法,分析直接法和最小二乘法定姿的姿态解算公式,并进行GNSS天线阵列车载实验. 为得到两种定姿方法的精度,在不同软件定位模式解算的基础上,利用直接法和最小二乘法进行了姿态解算. 实验和分析结果表明:四天线阵列最小二乘法定姿精度优于三天线阵列直接法,可靠性更高;在所有组合中,基于Moving-base定位模式的四天线阵列最小二乘法定姿精度最高,其航向角、俯仰角和横滚角精度分别可达0.066 0°、0.168 4°和0.267 8°.      

IMU辅助X射线脉冲星的深空探测器精确定姿方法及仿真

为满足深空探测器的精确定姿需求,提出了一种惯性测量单元(IMU)辅助的X射线脉冲星定姿方法。该方法用IMU的速率陀螺来估计航天器短时姿态,观测两颗或多颗脉冲星的X射线辐射信号,将拟合得到的观测矢量作为滤波器信息输入,利用这两种测姿手段在时间和空间上的互补特性,提供一种全天候、抗干扰性强的定姿方法。仿真结果表明,相比于EKF,基于UKF的俯仰、横滚和偏航三姿态角的测量精度可提高21.9%、21.1%和31.7%;与仅使用脉冲星或IMU的定姿方法相比,组合定姿方法的俯仰角估计精度分别提高了32.5%和77.6%。     

以固定长度为条件提高GPS测姿精度的方法

本文在介绍GPS姿态测量技术原理的基础上,探讨了在近景目标三维测量系统中提高GPS测姿精度的新方法。该方法用固定长度为限制条件的条件平差解算姿态参数,并以实例验证了此方法在改善GPS测姿精度方面的有效性。     

GPS船体姿态测量技术研究

论述了应用GPS技术进行船体姿态解算的原理 ,介绍了基于当前技术的可行测量方法 ,对影响测量精度的几种误差源进行分析 ,并提出了系统软件设计的方案及系统设计时应注意的问题。     

GPS单基线实时姿态测量系统分析与实现

分析和实现了基于单基线的GPS实时姿态测量系统。通过对姿态参数的精度分析，得出了姿态测量精度同基线长度和相对精度因子的关系；分析了姿态测量系统中单点定位对相对定位精度的影响；最后对姿态测量系统的实时性和姿态测量的结果进行了分析。本文的研究对GPS姿态测量技术的工程应用和理论研究具有一定的参考价值。     

Single-frequency L5 attitude determination from IRNSS/NavIC and GPS: a single- and dual-system analysis

The Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS) has recently (May 2016) reached its full operational capability. In this contribution, we provide the very first L5 attitude determination analyses of the fully operational IRNSS as a standalone system and also in combination with the fully operational GPS Block IIF along with the corresponding ambiguity resolution results. Our analyses are carried out for both a linear array of two antennas and a planar array of three antennas at Curtin University, Perth, Australia. We study the noise characteristics (carrier-to-noise density, measurement precision, time correlation), the integer ambiguity resolution performance (LAMBDA, MC-LAMBDA) and the attitude determination performance (ambiguity float and ambiguity fixed). A prerequisite for precise and fast IRNSS attitude determination is the successful resolution of the double-differenced integer carrier-phase ambiguities. In this contribution, we will compare the performance of the unconstrained and the multivariate-constrained LAMBDA method. It is therefore also shown what improvements are achieved when the known body geometry of the antenna array is rigorously incorporated into the ambiguity objective function. As our ambiguity-fixed outcomes show consistency between empirical and formal results, we also formally assess the precise attitude determination performance for several locations within the IRNSS service area.     

基于惯导/天文高精度定姿方法

研究了利用惯性导航系统与天文导航系统进行组合定姿的方法;构造了惯导/天文组合导航系统的状态方程和量测方程;采用卡尔曼滤波技术设计了惯导/天文组合定姿算法。设计飞行器的典型飞行轨迹,通过数学仿真对该算法的有效性进行了验证。结果表明,天文导航能够有效地补偿惯性导航因陀螺漂移带来的误差,非常适用于飞行器的高精度定姿。