GNSS双天线定姿研究及软件实现

论文摘要

随着导航定位技术的飞速发展,军事和民用行业对位置服务的需求愈发强烈。运动载体稳健的姿态是高精度导航定位的重要保障,成为当前研究的难点和热点。与INS方式定姿方式相比,GNSS天线定姿方法简单便利、成本低廉,鲁棒性更强。GPS/BDS组合定姿具有更好的空间构型,更少的定位盲区,解算的姿态角具有较高的精度。因此,本文研究了基于GPS/BDS天线定姿,主要做了以下工作:(1)研究了GNSS定位原理,针对不等精度观测值定权问题,进行了随机模型定位实验,结果表明高度角定权模型、信噪比定权模型相较于等权模型定位精度均有明显改善。针对观测值出现粗差的问题,基于抗差卡尔曼滤波有效地抑制粗差。针对周跳的问题,本文采用MW组合进行周跳探测,有效的探测出了周跳。针对电离层、对流层延迟问题,分别进行了对应的模型修复实验,使用Klobuchar模型修复电离层在x、y、z三个方向的RMS值分别提高了1.5843m,3.2978m,2.6553m。基于Saastamoinen模型修复对流层,x、y、z三个方向的定位精度分别提高了2.9287m,5.9687m,4.1133m。(2)主要研究了GNSS定姿原理,详细介绍了直接法和最小二乘法两种定姿算法,并进行了伪距和载波定姿对比实验、单频和双频定姿对比实验、直接法和最小二乘法定姿对比实验。实验结果表明,载波解算姿态角的稳定性和误差控制能力优于伪距,双频解算姿态角的稳定性和误差控制能力优于单频。直接法和最小二乘估计法定姿对比实验表明两种算法解算的姿态角的标准差和最大误差基本上一致,略微有点偏差,两种算法解算姿态角的稳定性和误差控制能力基本相当。(3)在空旷区和遮挡区分别进行GPS、BDS、GPS/BDS组合定姿实验,测试结果表明,GPS/BDS组合在空旷区和遮挡区的定姿性能均优于单一系统,具有较高的定姿精度。(4)采用机载和车载方式研究了GPS/BDS组合在动态环境下的定姿性能。车载实验中,在开阔环境中采用GPS/BDS组合方式能解算出高精度的汽车的姿态角,但是在遮挡环境下无法获取载体的高精度姿态;无人机测姿实验表明,GPS/BDS组合解算的动态航向角符合飞行路线变化,由于飞行过程中的震动导致解算的俯仰角的误差比较大。最后,实现了GNSS定姿软件,该软件具备定位和定姿的功能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 GNSS定姿研究现状
•   1.3 本文主要研究内容及技术路线
• 2 GNSS定位研究
•   2.1 GNSS定位数学模型
•   2.2 随机模型
•   2.3 多频观测线性组合
•   2.4 模糊度固定原理
•   2.5 卡尔曼滤波解算
•   2.6 周跳探测研究
•   2.7 GNSS定位定姿主要误差项
•   2.8 本章小节
• 3 GNSS定姿算法研究
•   3.1 坐标框架之间的转换
•   3.2 GNSS定姿方法
•   3.3 实验仿真分析
•   3.4 本章小结
• 4 GPS/BDS组合静态姿态解算研究
•   4.1 GPS与BDS时间系统和坐标系统的统一
•   4.2 精度评定
•   4.3 GPS/BDS组合定姿性能分析
•   4.4 本章小结
• 5 GPS/BDS组合动态定姿解算研究及软件实现
•   5.1 GPS/BDS组合车载动态定姿
•   5.2 GPS/BDS组合无人机动态定姿
•   5.3 GNSS定姿软件
•   5.4 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨鸿毅

导师: 王潜心

关键词: 姿态,定位,直接法,最小二乘法,组合

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 中国矿业大学

分类号: P228.4

总页数: 91

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