GPS姿态测量系统中的误差分析与遥摆试验

GPS姿态测量的精度主要受到卫星几何分布，基线几何关系和多路径效应的影响，本文分析了影响姿态测量的几种误差，并且给出了推算精度的算法，最后，通过动态试验度量了基线长度和天线几何分布对姿态测量精度的影响。     

基于GPS的某型舰船姿态测量算法和天线布局研究

利用载波相位GPS在舰船上进行GPS接收机布局设计和测姿实施过程中,如何快速求解出姿态角和布局GPS接收机来提高测量精度是当前研究的热点。在此采用直接法计算出舰船的姿态角,进一步通过分析基线长度研究GPS接收机的布局与舰船姿态测量精度的关系。首先介绍舰船测姿的基本概念及各坐标系之间的关系;然后通过直接法分析推导出测量航向角的模型,建立基线长度对测量精度的影响,从而得到基线越长,测角精度越高的结论。通过仿真试验进行验证,该结论为架设GPS接收机提高测角精度提供了参考依据。     

一种机载双天线InSAR基线动态测量方法

机载双天线InSAR系统两个天线非刚性连接时,为保证高程测量精度和成像质量,必须对干涉基线进行动态精密的测量。该文研究了一种基于单相机和激光测距仪组合的动态基线测量方法,通过分别测量两个天线的中心位置和姿态,得到干涉基线长度和基线角。论文对该方法进行了原理性研究和地面验证实验,实验通过可精确控制轨迹的运动平台模拟天线运动,实验结果表明该方法在8 m摄影距离处位置测量精度优于0.2 mm,姿态角精度优于70,是动态测量干涉基线的有效方法。     

双天线GPS航姿测量系统研究

本文研究两天线构成的航姿测量系统。该系统采用载波相位双差法进行GPS信号测量,利用直接法来求解载体的姿态。整周模糊度算法采用基于最小二乘法的整周模糊度搜索法,同时利用船舶的低精度姿态信息和预知的基线长度来辅助求解调整周期糊度,以提高求解速度,并增加可靠性,本文的方案经过了实测解算,证明可行。     

基于平方根差分滤波的动中通姿态稳定方法

为了隔离载体扰动对天线指向的影响,研究了单基线GPS和微惯性传感器组合的低成本姿态估计及稳定方法。该方法以四元素和陀螺误差作为状态变量,根据陀螺角速率信息、加速度计的重力场信息和单基线GPS航向信息分别建立状态方程和量测方程,设计具有不同测量周期的平方根差分滤波分别融合惯性传感器和GPS信息,解决了加速度计与单基线GPS航向信息输出频率不一致问题;利用估计出的姿态角在角位置环路上对天线进行捷联稳定,隔离载体扰动。仿真结果表明,平方根差分滤波能有效估计出载体姿态,利用中等精度的微惯性器件可以满足动中通姿态稳定的需求。     

基于双天线GPS接收机航向姿态测量方法

论述目前航向姿态测量方法,分析了基于2套双天线GPS测姿系统实现载体姿态参数测量的可行性,详细论述了采用2套双天线GPS测姿系统实现载体姿态参数的测量方法及实验验证情况。采用此种GPS航向姿态测量技术,解决了某测量装备对姿态参数测量的问题,并通过综合处理满足了系统对测量精度的要求,节省了研制经费,该研究成果可推广应用于其他装备研制。     

双天线GPS/SINS组合导航系统设计

本系统作为浅组合导航系统的一种,利用了双天线定向GPS与光纤陀螺的组合,以基于DSP+FPGA多处理器结构作为导航计算机平台,在原有的位置与速度基础上加入了姿态作为第三个量测量,应用卡尔曼滤波算法将GPS姿态信息作为对惯性导航系统数据的初始值和修正。设计的系统通过跑车实验验证后表明达到了设计要求,具有实时性好,运算精度高等优点。     

动中通多传感器融合超球体采样 UKF 姿态估计

针对动中通系统低成本姿态估计计算复杂、易受侧滑角和机动加速度等外界因素干扰的问题,提出一种基于超球体采样无迹卡尔曼滤波算法,融合微机械陀螺、加速度计和单基线 GPS,对载体姿态进行精确估计。为了提高姿态估计的实时性,采用超球体采样减少无迹卡尔曼滤波器的采样点数量,在不影响精度的前提下,有效降低了算法的计算量;此外,加速度计姿态角测量值在加速、转弯行驶过程中会受到机动加速度的影响,为解决这一问题,通过单基线 GPS 提供的速度、侧滑角信息进行机动加速度补偿。行车实验表明,提出的低成本姿态估计方法估计精度较高,在降低成本的同时能够满足宽带移动卫星通信波束对准要求。     

基于距离约束的InSAR长基线高精度动态测量方法

为了获得高精度的高程信息,干涉SAR系统需要采用长基线结构,进而要求对长基线进行高精度的动态测量。该文针对单相机和激光测距仪组合基线测量系统,提出了一种新的基于距离约束的基线联合动态解算方法。该方法通过对空间后方交会模型增加距离约束条件,实现了对双天线干涉基线的高精度测量。论文对该方法进行了原理性分析和地面实验验证,该方法在约50 m的摄影距离处基线长度测量精度优于1 mm,姿态角精度优于60, 实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

地形测绘用三天线机载干涉合成孔径雷达

回顾了中国科学院电子学研究所重复飞行机载L—SAR干涉系统和机载X波段双天线干涉SAR系统的研制和试验，阐述了利用收发天线分置结构拓展干涉基线长度的方法。在采用三天线的收发天线分置结构机载干涉SAR的基础上，构建三天线的双基线机载干涉SAR，并就其基线精密动态测量和基线优化设计两个关键技术以及系统性能进行了分析。分析结果表明，利用三天线构成的双基线机载干涉SAR是改进相位展开过程、提高高程测量精度的有效方法。     

基于DSP的GPS双天线实时姿态测量系统实现

实现了基于DSP的GPS双天线实时姿态测量系统，采用Kalman滤波估计载体的位置，速度和初始模糊值搜索距离，然后采用FASF和LAMBDA解算整周模糊度和直接法计算载体的姿态。给出了基于DSP的硬件实现，相对于传统的模糊度解算方法，所采用的整周模糊度解算方法具有效率更高，更便于实时和动态应用的特点，实现了与多天线GPS姿态测量系统相当的精度。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。     

Satellite attitude determination based on GPS signal-to-noise ratio

A method is presented for coarse attitude determination using the Global Positioning System (GPS) signal-to-noise ratio (SNR) from a single antenna mounted on a near-Earth satellite. It comprises a calibration procedure and a single-point optimal solution for the orientation of the antenna boresight vector. The calibration step creates an empirical mapping of the SNR to the angle between the antenna boresight and the GPS line-of-sight vector, based upon a ground or flight data set. The rms attitude accuracy at the level of 3°-10° is demonstrated with actual flight data from several spacecraft. Performance is shown to depend strongly on the number of GPS signals available and the quality of the calibration mapping function. The method is suitable as a backup attitude sensor for low-cost satellite and terrestrial applications, and as a coarse reference for ambiguity resolution and integrity verification of phase-based GPS attitude-determination algorithms     

GPS卫星导航系统多频姿态测量技术研究

GPS全球卫星导航系统现代化工作,为多频姿态测量接收机的研制提供了基础条件。针对低轨卫星、导弹、飞机和舰艇等平台对姿态测量的使用需求,给出了由天线单元、测量单元和姿态解算单元构成的多频姿态测量接收机总体方案。研究了基于GPS多频组合噪声残差法实时探测与修复周跳、基于几何约束的单历元模糊度解算等关键技术,并给出了详细的计算方程和流程。对GPS单频定姿接收机和多频定姿接收机进行静态试验,证明后者在测姿精度和解算成功率方面都优于前者。     

GPS多普勒差分测速算法

全球卫星定位系统(GPS)多普勒单点测速技术是单GPS天线测姿技术的核心,但其测速精度易受卫星速度误差、卫星钟漂、电离层延迟、对流层延迟以及飞行器位置误差等因素的影响。针对上述问题,提出结合GPS地面基准站卫导观测数据,对机载GPS多普勒观测量进行双差处理,从而得到GPS多普勒双差方程。求解该双差方程,能够有效缓解上述不利因素的影响,得到精度更好的飞行器实时速度。半实物仿真计算结果与跑车实验计算结果都表明多普勒差分测速精度大幅优于多普勒单点测速精度。     

对角加载对信号源数检测性能的改善

对角加载技术可抑制小特征值对自适应权值的影响来加速自适应波束形成器的收敛性以及抑制导向矢量误差的影响避免信号相消,该技术通常用于稳健的波束形成算法.基于对角加载技术,本文提出了一种信号源数目判定的改进方法,通过对角加载数据协方差阵,可以平滑小快拍数和空间色噪声时的噪声特征值分散程度从而减轻其对信号源数目估计的影响,证明了该估计器的强一致性,分析了加载量对信号源数目估计的影响.最后通过仿真以及实测数据比较了本文方法和已有方法的性能,验证了所提方法的有效性.     

Environment effects and system performance characterisation of GPS antennas for mobile terminals

The GPS antenna on mobile terminals suffers from multipath effects owing to reflection, diffraction and scattering of the incident wave in a radio environment. A traditional approach to evaluate the GPS antenna performance in a real multipath environment is therefore insufficient. Presented is a new technique to characterise these environmental effects and the system performance of GPS antennas on mobile terminals.     

Space flight tests of attitude determination using GPS

Preliminary space flight results of attitude determination using GPS are presented from a spacecraft in low Earth orbit. Relative position measurements accurate to the sub-centimetre level are made among multiple GPS antennas mounted on the space vehicle. A Trimble Navigation TANS Quadrex (a GPS receiver specially adapted for attitude determination by Stanford University) is used as a differential carrier phase sensor for the flight. Four GPS antennas are mounted on the zenith face of RADCAL, a polar orbiting, gravity-gradient-stabilized Air Force Space Test Program Satellite, built by Defense Systems, Inc. The four antennas are equally spaced about the perimeter of the 30 inch diameter cylindrical spacecraft bus. The Quadrex receiver measures the phase of the L-band GPS carrier (1575 MHz) at each of up to four antennas for up to six GPS satellites simultaneously. From these measurements, an initial assessment of attitude determination in space is performed in post-processing. For RADCAL, the attitude solution is greatly overdetermined. In a preliminary evaluation of system performance, the system accuracy is determined through measurement self-consistency. Analysis of the attitude motion in the context of a gravity gradient dynamic model yields further insight into the system performance.     

一种静中通卫星天线对星策略

针对采用电子罗盘进行静中通天线对星对电磁环境要求太高的问题,介绍了进行一种更实用的静中通卫星通信天线对星的策略,该策略利用双轴倾角仪和GPS作为姿态和位置传感器并结合了一定的控制算法,其硬件成本较低,算法简单,对星迅速,是一种简单可行的对星策略.