基于GPS载波相位差分技术的全组合导航方法研究

论文摘要

卫星/捷联惯导组合导航技术因具有互补性强、成本低、精度可靠等特点日益成为组合导航领域研究的热点。本文应用GPS载波相位应用技术的研究成果,从理论和试验两个方面对卫星/捷联惯导组合导航方案进行了研究。在理论上,针对低精度捷联惯导系统与GPS构成的组合系统进行了可观性分析,分析和验证了方案的可行性。在此基础上,对低精度捷联惯导系统的误差方程进行了推导,建立了组合导航系统滤波器状态方程,并结合GPS定位、高精度测速及定姿结果建立了观测方程。论文进一步针对GPS观测环境较差情况下,根据陆地运动载体的非完整约束,建立了等效观测方程,提高了组合导航系统可观性。论文利用Novatel OEMV-4 GPS接收机、Novatel 701型零相位天线和光纤陀螺捷联惯导系统进行了大量实验,有效地验证了全组合导航理论。实验结果表明,采用载波相位时间差分测速技术和非完整约束方法,全组合导航系统的航向精度优于0.03°,水平姿态精度优于0.05°。实验验证了在GPS观测环境较差情况下,车载动态条件下卫星/惯导组合导航系统可以得到高精度的航向、姿态信息,对提高动态通讯、跟踪具有重要的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 组合导航技术国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 课题研究的背景和目标
• 1.4 论文主要研究内容与结构
• 第二章 GPS载波相位空间差分定姿技术研究
• 2.1 GPS载波相位测量的数学模型
• 2.1.1 载波相位测量的观测值
• 2.1.2 载波相位测量的观测方程
• 2.2 载波相位双差方程
• 2.2.1 单差方程
• 2.2.2 双差方程
• 2.3 GPS载波相位空间差分姿态确定技术
• 2.3.1 GPS姿态确定原理
• 2.3.2 模糊度搜索算法
• 2.4 试验与仿真
• 2.4.1 静态定姿试验及分析
• 2.4.2 动态条件下航向角约束试验
• 2.4.3 动态定姿仿真试验及精度分析
• 本章小结
• 第三章 载波相位时间差分测速算法研究
• 3.1 载波相位时间差分的基本原理和数学模型
• 3.1.1 载波相位时间差分基本原理
• 3.1.2 载波相位时间差分的数学模型描述
• 3.2 速度测量及其精度分析
• 3.2.1 速度测量算法
• 3.2.2 速度测量的精度分析
• 3.3 载波相位率的提取
• 3.3.1 非线性跟踪—微分器的基本原理
• 3.3.2 载波相位率提取算法
• 3.4 GPS载波相位时间差分测速实验
• 本章小结
• 第四章 全组合导航方法研究
• 4.1 当地地理坐标系下的捷联系统误差方程
• 4.1.1 姿态误差方程
• 4.1.2 速度误差方程
• 4.2 滤波器状态方程
• 4.2.1 位置误差状态方程
• 4.2.2 滤波器姿态误差状态方程
• 4.2.3 速度误差状态方程
• 4.3 滤波器观测方程
• 4.3.1 位置观测方程
• 4.3.2 速度观测方程
• 4.3.3 姿态观测方程
• 4.3.4 非完整约束等效观测方程
• 4.4 组合导航系统可观性分析
• 4.4.1 可观性的定义
• 4.4.2 非线性全局可观性分析
• 本章小结
• 第五章 组合导航实验及分析
• 5.1 组合导航方案对比实验
• 5.2 非完整约束对比实验
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文