本文選題：共時(shí)鐘GPS多天線接收機(jī)　切入點(diǎn)：單差測(cè)姿　出處：《華東師范大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：GPS短基線測(cè)姿技術(shù)克服了傳統(tǒng)INS(InertialNaviagtion System)系統(tǒng)誤差累積、冷啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格昂貴的不足,在長(zhǎng)期精度和穩(wěn)定性上體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著GPS硬件技術(shù)的不斷發(fā)展,一種新型的接收機(jī)——共時(shí)鐘GPS多天線接收機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)并進(jìn)入市場(chǎng),該類(lèi)設(shè)備在成本、靈活性和精度上都具有很大優(yōu)勢(shì)。但是,目前市面上已有的共時(shí)鐘GPS接收機(jī)產(chǎn)品在算法上仍然沿襲傳統(tǒng)測(cè)姿的雙差模型,并未真正發(fā)揮時(shí)鐘同步的硬件優(yōu)勢(shì)來(lái)提高測(cè)姿系統(tǒng)的精度。而且除了應(yīng)用于姿態(tài)測(cè)量外,這款接收機(jī)在其他高精度應(yīng)用方面的研究也非常有限。因此,本文的研究旨在探討共時(shí)鐘GPS多天線接收機(jī)在高精度測(cè)姿算法研究及應(yīng)用擴(kuò)展方面的潛力。本研究以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目"一機(jī)多天線高精度北斗/GPS定位模型和關(guān)鍵技術(shù)研究"和上海市科委科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目"GPS/北斗共時(shí)鐘一機(jī)多天線接收機(jī)的研發(fā)與示范應(yīng)用"為課題背景和技術(shù)目標(biāo),對(duì)共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型的理論誤差和精度分析、共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型的整周模糊度固定方法研究及共時(shí)鐘單差模型引發(fā)的創(chuàng)新應(yīng)用三個(gè)方面的內(nèi)容展開(kāi)深入的研究。論文的研究?jī)?nèi)容主要包括:1.共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型的理論誤差和精度分析。首先從理論上證明了共時(shí)鐘單差模型與雙差模型基線解的形式誤差的非等價(jià)性,然后創(chuàng)新的采用漸進(jìn)分析從統(tǒng)計(jì)上給出了兩種模型基線解的離散度的差別,并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論結(jié)果。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明共時(shí)鐘單差模型能夠提高測(cè)姿的精度和穩(wěn)定性,尤其是在俯仰角方面,在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下能夠捕捉到小幅的俯仰角變化,而這是雙差模型和目前商用測(cè)姿軟件所無(wú)法達(dá)到的。2.共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型的整周模糊度置換法(Ambiguity Substitution Approach,ASA)。整周模糊度固定是共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型首要解決的難題,ASA方法的提出不僅可以避免由于估計(jì)UPD參數(shù)造成的秩虧,而且保持了模糊度的整數(shù)特性,基于模糊度參數(shù)間的高度相關(guān)性分析理論提出了分步漸進(jìn)固定模糊度的思路。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、模糊度搜索效率很高,充分保證了測(cè)姿系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精度。然后以共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型和ASA算法為核心完成基于共時(shí)鐘GPS多天線系統(tǒng)的載體實(shí)時(shí)測(cè)姿系統(tǒng)(Real-time Positioning and Attitude Determination system,RPAD)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明RPAD系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)模式時(shí),2米基線情況下航向角實(shí)時(shí)解算精度約為0.23°,俯仰角約為0.20°。3.基于 GPWU(Ground-based carrier Phase Wind-Up)效應(yīng)的單天線測(cè)向方法。在共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型的研究過(guò)程中成功的分離出GPWU效應(yīng),并初步驗(yàn)證了 GPWU效應(yīng)與航向角變化的相關(guān)性。利用這一相關(guān)性,我們實(shí)現(xiàn)了基于GPWU效應(yīng)的單天線航向角測(cè)量,并對(duì)GPWU高階效應(yīng)對(duì)測(cè)向精度的影響進(jìn)行理論和仿真分析,彌補(bǔ)了目前GPWU效應(yīng)理論模型中高階分量討論的不足。該方法主要面向低速載體,與利用GPWU效應(yīng)進(jìn)行高速載體測(cè)向的早期研究相比影響精度的因素更多且更復(fù)雜,而且它長(zhǎng)期穩(wěn)定好,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,僅需一星一天線即可實(shí)現(xiàn)航向角測(cè)量,因此在衛(wèi)星可視性較差的城市環(huán)境中優(yōu)勢(shì)極為明顯。4.動(dòng)態(tài)船載環(huán)境下的MHM(Multipath Hemispherical Map)方法的可行性驗(yàn)證。在課題組提出的基于多路徑效應(yīng)空域重復(fù)性的多路徑半天球模型(MHM)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步驗(yàn)證了 MHM方法在動(dòng)態(tài)載體環(huán)境(主要是船舶)中可行性。共時(shí)鐘單差測(cè)姿模型能夠消除大部分公共誤差,因此殘余誤差主要來(lái)自多路徑效應(yīng),為MHM方法在動(dòng)態(tài)船載環(huán)境中的可行性驗(yàn)證提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)船載實(shí)驗(yàn)證明了 MHM方法在動(dòng)態(tài)載體多路徑改正的可行性,結(jié)果表明采用MHM方法對(duì)上述兩種環(huán)境的多路徑誤差改正達(dá)到了39.89%和 21.91%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P228.4

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