基于多导航系统的姿态测量及精度评估

基于卫星导航系统的姿态测量可作为一个新型姿态测量系统,代替传统昂贵的姿态测量设备,具有极大的应用潜力.本文首先介绍了利用卫星进行姿态测量的基本原理,在此基础上采用上海司南卫星导航技术股份有限公司的一块K728 GNSS OEM开发板和一块PCB板,设计了一个基于双天线的姿态测量系统,进行载体姿态测量的实验,并实现了PC机直接获取K728板卡实时解算的数据.最后,利用Matlab对测得的数据进行处理,评估了该开发板在测姿应用中的精度.实验结果表明,在系统正常工作的情况下,解算出的方位角精度高于0.2°/R(R为双天线基线长),俯仰角的精度高于0.4°/R.初步实验表明,该姿态测量系统可以应用在车辆自主驾驶控制以及飞行器、轮船的常规姿态测量.     

用卫星工具软件包进行北斗单天线姿态仿真测量

从载体姿态测量的实际需要和多天线姿态测量的局限性出发,分析了单天线测姿的应用价值和基本原理,从我国的具体国情出发,提出了基于北斗系统的单天线测姿算法。利用卫星工具软件包仿真的北斗系统星座,以民航飞机为载体,基于MATLAB平台进行了仿真实验,仿真结果分析表明,基于北斗系统的单天线测姿方法在适用条件和测姿准确性等方面效果理想,在一定精度要求下满足应用需要,对建立实用可靠的单天线测姿具有积极的推动作用。     

陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法

在陆地导航系统中使用GNSS/INS组合导航会增加系统成本,多天线GNSS测姿精度受基线长度影响,且存在的模糊度固定问题。本文提出仅利用一个陀螺仪和单天线GNSS组合来进行实时测姿。先由单天线GNSS计算姿态角3参数,航向角为陆地导航的关键参数,为此将陀螺信息与GNSS导出的航向角进行融合。分析了单天线测姿在载体静止或低速运动时精度很差的原因,提出了在组合滤波中进行解决的方案。推导了GNSS和陀螺信息融合的滤波模型,将陀螺仪信息作为状态模型的控制输入,以GNSS航向为滤波观测值。实验结果表明,GNSS/陀螺仪组合计算的航向角精度和可靠性相对GNSS测姿结果均有很大提升。     

基于GPS的飞机姿态实时测量实现及误差分析

本文阐述了用GPS接收机实时测量飞机姿态的基本思想,建立了数学模型并推导了相关的公式,并构建了基于两台GPS接收机构成的姿态实时测量系统,分析了利用两台独立GPS接收机进行测姿的方法所获结果精度,实验表明该系统有效满足了工程需要,具有一定实用价值。     

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°.     

CNS+GNSS+INS船载高精度实时定位定姿算法改进研究

天文导航(CNS)、卫星导航(GNSS)和惯性导航(INS) 3种系统组合可提供高精度的定位定姿结果。实际工程中因INS长时间误差累积,以及系统硬件传输存在不可忽略的时间延迟,导致INS提供给CNS的预报粗姿态误差较大,恶劣海况下难以保障快速搜星,造成天文导航可靠性下降、姿态测量精度较低的问题。为此,本文提出了一种CNS+GNSS+INS高精度信息融合实时定位定姿框架,引入了等角速度外推措施,有效地解决了惯导信息延迟问题。通过高精度转台模拟恶劣海况下载体大角速度摇摆,验证了本文提出的改进算法的有效性。试验结果表明,该算法架构简单,性能可靠,显著提高了恶劣环境下星敏感器的快速、准确搜星能力,保障了三组合姿态测量的精度和可用性。     

超大型深水沉井三维姿态自动监测方法

超大型深水沉井施工技术难度大、要求高,需实时掌握沉井三维姿态为施工管理决策提供技术支持,而传统测量手段测量沉井实时三维姿态时存在较大困难。本文结合某特大桥超大型沉井三维姿态自动监控的实例,阐述建立沉井三维姿态自动监控系统的方法,采用GNSS测量技术,通过采集、通信、数据处理三系统的结合,实现掌握沉井实时姿态及其变化规律的技术方法。并对该方法进行了技术检核验证,结果证明自动化监测系统测量精度满足沉井施工要求,可在大型沉井施工或类似工程中推广及应用,具有重要的应用价值。     

GNSS失锁状态下车载移动扫描系统的点云数据精度分析

随着高精度动态定位定姿技术、数字传感器技术、近景摄影测量技术及自动控制技术的飞速发展和集成融合,地面移动数据快速采集成为可能,从而产生新的移动数据采集设备--车载激光扫描系统。车载激光扫描系统的姿态和位置主要依靠GNSS+IMU,当移动测量设备在城市里或强电磁场附近采集数据时,会遇到GNSS偶然失锁的可能,进而影响移动测量设备局部采集数据的精度。本文从宏观上设计了移动测量设备的失锁试验,并分析对比试验数据,得出了失锁状态下移动测量设备的数据精度随时间的变化规律。     

高精度组合导航及其测绘车应用技术

针对在城市复杂环境下弱信号定位测姿精度低的问题,该文将实时动态差分技术与惯性导航系统/全球导航卫星系统深耦合接收机定位测姿系统进行结合,提出了一种基于惯性导航系统/全球导航卫星系统/实时动态差分技术三组合的高精度定位测姿的方法。该文对惯性导航系统/全球导航卫星系统/实时动态差分技术三组合高精度定位定姿方法涉及到的核心技术进行介绍,详细分析了影响定位测姿精度误差因素,并将该方法应用于新一代测绘车上,通过理论分析和实际跑车实验证明了该方法具有较高的精度和适用性。     

基于GPS的外测设备精度鉴定测姿方法的研究与应用

全球定位系统（GPS）不仅可以提供运动目标的高精度位置、速度信息,而且应用相对定位技术,通过合理的天线布阵,可以实现运动目标高精度姿态的测量。从GPS测姿原理入手,分析了外测设备精度鉴定任务的特点及测姿要求,通过多种方法和大量数据验证了系统的可行性,并在实际任务中得到了应用。     

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。     

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°。     

一种改进的加权整体最小二乘GNSS船姿估计方法

为提高GNSS船姿测量精度,该文构建了基于先验模糊度信息的乘性欧拉角GNSS载波观测方程,提出了一种基于部分变量误差模型(Partial-EIV)的加权整体最小二乘(WTLS)动态船姿估计方法。首先利用GNSS动对动加以基线长约束快速精确固定模糊度,然后将整周模糊度固定解作为已知值代入乘性姿态角载波观测误差方程,并将观测方程进行向量化;针对状态方程以及观测方程系数矩阵包含随机元素和固定元素的结构特征,引入Partial-EIV模型,采用一种改进目标函数的WTLS方法估计乘性欧拉角,该方法可以同时顾及状态方程以及观测方程误差,充分利用观测值以及姿态约束信息,减小误差累积。通过实测GNSS三天线匀速测姿算例对本文方法进行验证,结果表明,该文方法优于动态参考站差分(MBD)基线姿态直接解法,对于复杂海洋环境船姿测量具有一定的参考价值。     

基于GPS的新测姿算法

GPS载波相位测姿过程中，以往整周模糊度解决法难以实现运载体的实时测姿要求，针对这个问题，提出用超短基线首先解决初始粗定姿，然后把短基线天线的载波相位测量值和初始定姿值用卡尔曼滤波解算，最终求得载体的精确姿态值。     

一种利用GPS进行船只姿态测量的新方法

提出了一种利用GPS进行船只姿态测量的新方法。该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,从而避开了对整周模糊度的求解,具有很高的计算效率及较好的稳定性。通过对计算结果的分析,证明了该算法的有效性,其测姿精度优于0.5°。     

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。     

零速修正在GNSS/INS组合导航中的应用

探讨了零速修正在GNSS/INS组合导航中的应用.给出了GNSS/INS松组合的数学模型,针对载体的静止状态,设计了两种零速修正方式并给出了相应的量测方程,对实测数据以不同的实验方案进行解算和分析,实验表明:同时使用零速修正和GNSS位置、速度观测值时,可以显著提高载体处于静止状态时的速度精度;只使用零速修正和GNSS速度观测值时,又可以提高载体处于静止状态时的位置精度;但零速修正对姿态精度的改进不明显.     

CORS系统的差分定位终端设计与实现

当前广泛使用的实时GNSS定位应用可分为两种：一种是低成本定位应用,其采用廉价的芯片和天线,广泛应用于手机、共享单车和公交车定位等方面;另一种是高精度GNSS定位应用,采用网络RTK技术并结合测量型天线和接收机,为高精度测量用户提供实时厘米级测量服务。随着物联网、5G等技术的发展,实时分米到亚米级的定位需求逐渐增多。原有的低成本GNSS定位技术无法达到这一精度要求,高精度定位的设备成本高昂,无法用于大众导航领域。因此,本文实现了一种基于CORS系统的低成本差分定位终端。该终端包括两个部分：外接设备和手机。试验表明,在接入CORS系统后,该设备水平方向的定位精度可以达到亚米级,对推进CORS系统的大范围应用具有一定的意义。     

GNSS技术在武汉市龙阳大道改造工程中的应用

结合武汉市二环线龙阳大道改造工程,介绍了GNSS测量技术中的控制网布设、施测、数据处理等,并对工程测量成果进行了分析,提出了提高GNSS控制测量精度及可靠性的方法.结果表明,采用GNSS测量技术进行城市道路工程施工具有更高的精度和稳定性.