本文選題：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) + 姿態(tài)測量　； 參考：《解放軍信息工程大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)以其高精度、全球性、全天候、連續(xù)等優(yōu)點而備受人們的關(guān)注,它在姿態(tài)測量方面有極大的應(yīng)用潛力,既可以作為一個新的姿態(tài)測量系統(tǒng)代替那些復(fù)雜且昂貴的姿態(tài)測量設(shè)備,也可以與傳統(tǒng)的姿態(tài)敏感器組成組合姿態(tài)測量系統(tǒng)。近年來,利用GNSS進行姿態(tài)確定已經(jīng)成為GNSS應(yīng)用研究的一個新領(lǐng)域。利用GNSS進行姿態(tài)確定涉及兩個關(guān)鍵問題：整周模糊度固定和姿態(tài)解算。本文圍繞這兩大問題作了詳細深入的研究,主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點概括如下：1.建立了三種GNSS姿態(tài)測量數(shù)學(xué)模型,包括基于基線參數(shù)的單基線數(shù)學(xué)模型、基于基線參數(shù)的多基線數(shù)學(xué)模型以及基于姿態(tài)參數(shù)的多基線數(shù)學(xué)模型,為整周模糊度和姿態(tài)的解算奠定了基礎(chǔ)。2.基于基線參數(shù)的多基線數(shù)學(xué)模型,選取歐拉角／四元數(shù)作為姿態(tài)參數(shù),提出了基于乘性誤差歐拉角和基于乘性誤差四元數(shù)的姿態(tài)解算方法；基于基線參數(shù)的多基線數(shù)學(xué)模型,選取方向余弦矩陣作為姿態(tài)參數(shù),提出了基于方向余弦矩陣的姿態(tài)解算方法。仿真結(jié)果表明,基于乘性誤差歐拉角／四元數(shù)的姿態(tài)解算方法與基于加性誤差歐拉角／四元數(shù)的解算方法相比,在估計精度和解算效率上都有一定的提高；與基于方向余弦矩陣的姿態(tài)解算方法相比,估計精度和解算效率相當(dāng)。3.基于姿態(tài)參數(shù)的多基線數(shù)學(xué)模型,選擇方向余弦矩陣作為姿態(tài)參數(shù),提出了基于方向余弦矩陣的姿態(tài)直接解算法。仿真結(jié)果表明,基于方向余弦矩陣的姿態(tài)直接解算法與基于基線參數(shù)數(shù)學(xué)模型的姿態(tài)解算方法相比估計精度及解算效率均有所提高。4.針對三種GNSS姿態(tài)測量模型中存在的先驗約束信息,分別建立了虛擬觀測方程,提出了基于虛擬觀測方程的整周模糊度解算方法。這種方法將約束信息加入整周模糊度浮點解的解算過程,改善了將約束信息加入整周模糊度搜索過程存在的效率問題。5.建立了乘性誤差四元數(shù)的多基線數(shù)學(xué)模型,采用迭代最小二乘估計法求解整周模糊度浮點解,結(jié)合LAMBDA算法給出整周模糊度的固定解。該方法同樣屬于將約束信息加入整周模糊度浮點解的解算過程,提高了整周模糊度的解算效率。6.基于方向余弦矩陣的約束信息提出了一種新的整周模糊度檢驗方法,給出了經(jīng)驗閾值。這種方法在單個歷元或者很少的歷元就能對整周模糊度是否固定正確進行判定,與以往通常需要一段時間的檢驗方法相比效率得到提高。7.以方向余弦矩陣表示姿態(tài)參數(shù),構(gòu)建GNSS/陀螺組合姿態(tài)系統(tǒng)方程,提出了一種矩陣卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果表明,在陀螺噪聲較小的情況下,基于誤差四元數(shù)的EKF濾波算法與基于方向余弦矩陣的Kalman濾波算法的姿態(tài)解算精度相當(dāng)；在陀螺噪聲較大的情況下,基于方向余弦矩陣的Kalman濾波算法較基于誤差四元數(shù)的EKF濾波算法的姿態(tài)解算精度要高。8.將方向余弦矩陣作向量化處理,構(gòu)建向量形式的GNSS/陀螺組合姿態(tài)確定系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以采用經(jīng)典卡爾曼濾波算法,避免了以矩陣形式的方向余弦矩陣表示姿態(tài)時系統(tǒng)方程的復(fù)雜性。針對方向余弦矩陣表示姿態(tài)參數(shù)情況下濾波過程中存在初值的設(shè)定、整周模糊度的解算、其余參數(shù)固定解的求解等問題進行了詳細深入的研究,并給出了相應(yīng)的解決方法。
[Abstract]:Global Navigation Satellite Navigation System ( GNSS ) has been paid much attention to its high accuracy , global , all - weather , continuous and other advantages . It has great potential in attitude measurement . It can be used as a new attitude measurement system to replace those complicated and expensive attitude measurement equipment .
Based on the baseline parameter - based multi - baseline mathematical model , the direction cosine matrix is selected as the attitude parameter , and the attitude solving method based on the direction cosine matrix is proposed . The simulation results show that the attitude solving method based on the multiplicative error Euler angle / quadrant has certain improvement in the estimation accuracy and the calculation efficiency compared with the calculation method based on the additive error Euler angle / quadrant number ;
This paper presents a new method for calculating the ambiguity of the whole cycle based on the constraint information of the direction cosine matrix .
In the case of large gyro noise , the Kalman filter algorithm based on the direction cosine matrix is higher than the attitude calculation accuracy of the EKF filtering algorithm based on the error four . 8 . The system can adopt the classical Kalman filter algorithm to avoid the complexity of the system equation when the direction cosine matrix forms the vector form .
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P228.4
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本文編號：1993171