GNSS姿態(tài)測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、利用GNSS技術(shù)測定載體三維姿態(tài)成本低廉，精度穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。本文針對GNSS測姿的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，內(nèi)容涵蓋姿態(tài)測量系統(tǒng)中周跳探測、附加約束條件的模糊度解算和姿態(tài)估計(jì)算法。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴總結(jié)歸納了基線-姿態(tài)估計(jì)方法的特點(diǎn)，其中直接計(jì)算公式原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)，只需兩條特定安置的基線即可獲得載體的三維姿態(tài)信息，無法充分利用多余基線的有效信息，解算精度有限，多用于提供初值；基于Wahba問題的姿態(tài)估計(jì)方法

2、直接利用單位向量進(jìn)行姿態(tài)解算，無需先驗(yàn)信息，計(jì)算效率高，但不適用于共面天線；最小二乘姿態(tài)估計(jì)方法充分利用基線信息，對基線測量結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步平差，提高姿態(tài)解算精度。⑵觀測值-姿態(tài)估計(jì)方法方面，構(gòu)建了基于姿態(tài)參數(shù)和模糊度參數(shù)的直接解算模型。給出了基于九參數(shù)方向余弦陣的載波相位觀測方程，推導(dǎo)基于乘性誤差四元數(shù)和加性誤差四元數(shù)的載波相位觀測方程，對這幾種方法的測姿精度和效率進(jìn)行了分析。觀測值-姿態(tài)估計(jì)方法將基線間參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，提高了姿態(tài)估計(jì)精度

3、和計(jì)算效率。⑶周跳探測是姿態(tài)測量對的重要環(huán)節(jié)。對M-W組合的誤差特性進(jìn)行了分析，其受到偽距噪聲影響較大，當(dāng)衛(wèi)星高度角較低或較為嚴(yán)重的多路徑效應(yīng)影響時，M-W組合的周跳探測能力降低，易造成小周跳漏檢。實(shí)驗(yàn)分析表明，周跳誤探漏檢的概率可達(dá)到5.16％。提出一種基于小波閾值消噪的周跳探測改進(jìn)方法，該方法利用小波閾值對 M-W組合作降噪處理，在此基礎(chǔ)上再依照 TurboEdit方法進(jìn)行周跳探測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確定位1周的小周跳，提高

4、了周跳探測成功率。⑷姿態(tài)測量系統(tǒng)存在特有的基線約束信息，利用該約束信息可以輔助模糊度的固定。推導(dǎo)基于約束整數(shù)最小二乘的模糊度解算方法----CLAMBDA和MCLAMBDA，約束整數(shù)最小二乘將約束條件融合進(jìn)模糊度搜索過程中，明顯提升模糊度搜索成功率，但由于對應(yīng)搜索空間不再為橢球，搜索過程無法直接套用LAMBDA的方式，計(jì)算效率大大降低，嚴(yán)重影響了整周模糊度的實(shí)時解算。⑸針對瞬時姿態(tài)測量需求，提出使用虛擬觀測方程輔助姿態(tài)解算。以基線約束或