GNSS姿态测量算法研究及软件开发
发布时间：2021-01-11 19:44
姿态测量在航空航天、军事等领域有着广泛应用,早期的解决方案一般应用惯性导航系统（INS）,但INS因其解算原理和价格因素,在实际应用中受到一定限制。随着全球导航卫星系统（GNSS）的不断发展完善,应用GNSS解算姿态成为一个研究热点,在我国大力推广北斗系统的战略背景下,研究更显得重要。本文主要研究应用GNSS数据解算动态载体的姿态信息,重点研究了以下几个方面的问题:（1）姿态测量原理和算法。对姿态测量中坐标系旋转问题、姿态测量原理和姿态测量算法进行了研究,提出了姿态测量中三维直角坐标旋转顺序的选取原则;（2）高精度短基线解算。对基线解算原理、短基线误差处理和应用Kalman滤波解算GNSS基线进行了研究;（3）姿态测量模糊度解算。对LAMBDA算法进行了深入剖析,探索了改进的LAMBDA算法和附有限制条件的LAMBDA算法。在此基础上,将M-LAMBDA与C-LAMBDA算法结合起来,提高了模糊度固定的成功率和效率。在理论研究的基础上,编写了姿态测量软件,软件在MFC框架下使用C/C++语言编写,能够使用BDS和GPS双系统数据解算运动载体三个姿态角,并实时显示解算结果。最后,设计了测...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 GNSS系统概述
1.1.2 利用GNSS测量姿态的意义
1.2 国内外主要研究现状
1.2.1 GNSS姿态测量中整周模糊度的确定
1.2.2 测姿算法研究
1.2.3 基于GNSS的测姿研究
1.3 论文研究内容、技术路线与章节安排
1.3.1 论文主要研究内容及目标
1.3.2 研究技术路线
1.3.3 论文章节安排
第2章 姿态测量原理和方法
2.1 姿态测量中三维直角坐标系旋转研究
2.1.1 三维直角坐标系旋转变换
2.1.2 姿态测量中坐标系旋转顺序的确定
2.2 姿态测量模型
2.3 姿态测量算法
第3章 短基线解算及误差分析
3.1 GNSS基线解算模型
3.2 短基线解算误差改正
3.3 应用Kalman滤波解算基线
3.3.1 Kalman滤波基本原理
3.3.2 应用Kalman滤波求解基线
第4章 姿态解算中的模糊度求解
4.1 常用在航模糊度求解方法
4.2 LAMBDA算法
4.2.1 算法准备
4.2.2 转换矩阵的构建
4.2.3 条件模糊度转换以及搜索过程
4.2.4 搜索范围的确定
4.3 改进的LAMBDA算法（ MODIFIED-LAMBDA）
4.3.1 提前置换
4.3.2 搜索范围的调整
4.4 附有限制条件的LAMBDA算法（ CONTROLED-LAMBDA）
4.4.1 直接约束法
4.4.2 附有三角约束和基线长度约束的C-LAMBDA
4.4.3 最小二乘约束下的C-LAMBDA方法
4.5 实例分析
第5章 程序设计与实现
5.1 程序内部解算设计
5.1.1 总体技术路线
5.1.2 模块技术路线
5.2 程序外部框架设计
5.2.1 程序需求分析
5.2.2 模块功能设计
5.2.3 程序界面设计
第6章 实验研究与分析
6.1 实验目的和设计
6.2 测试实验
6.2.1 准动态实验
6.2.2 动态实验
6.3 对比实验
6.3.1 GPS/BDS系统对比实验
6.3.2 姿态角算法对比实验
第7章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗与GPS双系统测姿研究[J]. 邵奎,白征东. 测绘通报. 2014(S2)
[2]北斗二代卫星厘米级相对定位[J]. 白征东,元荣,过静珺,王园. 测绘通报. 2014(07)
[3]用卫星工具软件包进行北斗单天线姿态仿真测量[J]. 孟骞,刘建业,曾庆化. 导航定位学报. 2013(03)
[4]双基线姿态确定三种算法的比较分析[J]. 刘晓辉,党亚民,王潜心,杨磊. 大地测量与地球动力学. 2013(01)
[5]BD2/GPS四频高精度接收机在远望号船姿测量中的应用[J]. 周健,毛刚,赵李健,王珏. 测绘科学技术学报. 2012(03)
[6]GPS单频载波相位相对定位的OTF算法及实现[J]. 刘亮,白征东,过静珺. 测绘通报. 2009(05)
[7]LAMBDA整周模糊度解算方法中的整数Z变换算法[J]. 赵蓓,王飞雪,孙广富,雍少为. 弹箭与制导学报. 2008(03)
[8]一种GPS测定姿态的新方法——具有坐标函数约束的单历元阻尼LAMBDA算法[J]. 刘根友. 测绘科学. 2003(03)
[9]适用于航天器的GPS姿态测量算法和软件设计[J]. 过静君,葛茂荣,张宏兵. 清华大学学报(自然科学版). 2000(06)
[10]融合TRIAD算法用于GPS姿态确定[J]. 黎湧,吴宏鑫,刘良栋. 中国空间科学技术. 2000(02)
博士论文
[1]机载GPS动态定位定速与定姿理论研究及软件开发[D]. 王潜心.中南大学 2011
硕士论文
[1]GPS高精度实时动态定位算法研究及软件开发[D]. 刘亮.清华大学 2009
[2]GPS三维姿态测量技术研究[D]. 刘若普.上海交通大学 2008
[3]GPS姿态测量系统的研究[D]. 陈林.重庆大学 2007
[4]GPS姿态测量系统研究与开发[D]. 韩慧群.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：2971365
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 GNSS系统概述
1.1.2 利用GNSS测量姿态的意义
1.2 国内外主要研究现状
1.2.1 GNSS姿态测量中整周模糊度的确定
1.2.2 测姿算法研究
1.2.3 基于GNSS的测姿研究
1.3 论文研究内容、技术路线与章节安排
1.3.1 论文主要研究内容及目标
1.3.2 研究技术路线
1.3.3 论文章节安排
第2章 姿态测量原理和方法
2.1 姿态测量中三维直角坐标系旋转研究
2.1.1 三维直角坐标系旋转变换
2.1.2 姿态测量中坐标系旋转顺序的确定
2.2 姿态测量模型
2.3 姿态测量算法
第3章 短基线解算及误差分析
3.1 GNSS基线解算模型
3.2 短基线解算误差改正
3.3 应用Kalman滤波解算基线
3.3.1 Kalman滤波基本原理
3.3.2 应用Kalman滤波求解基线
第4章 姿态解算中的模糊度求解
4.1 常用在航模糊度求解方法
4.2 LAMBDA算法
4.2.1 算法准备
4.2.2 转换矩阵的构建
4.2.3 条件模糊度转换以及搜索过程
4.2.4 搜索范围的确定
4.3 改进的LAMBDA算法（ MODIFIED-LAMBDA）
4.3.1 提前置换
4.3.2 搜索范围的调整
4.4 附有限制条件的LAMBDA算法（ CONTROLED-LAMBDA）
4.4.1 直接约束法
4.4.2 附有三角约束和基线长度约束的C-LAMBDA
4.4.3 最小二乘约束下的C-LAMBDA方法
4.5 实例分析
第5章 程序设计与实现
5.1 程序内部解算设计
5.1.1 总体技术路线
5.1.2 模块技术路线
5.2 程序外部框架设计
5.2.1 程序需求分析
5.2.2 模块功能设计
5.2.3 程序界面设计
第6章 实验研究与分析
6.1 实验目的和设计
6.2 测试实验
6.2.1 准动态实验
6.2.2 动态实验
6.3 对比实验
6.3.1 GPS/BDS系统对比实验
6.3.2 姿态角算法对比实验
第7章 总结与展望
7.1 工作总结
7.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗与GPS双系统测姿研究[J]. 邵奎,白征东. 测绘通报. 2014(S2)
[2]北斗二代卫星厘米级相对定位[J]. 白征东,元荣,过静珺,王园. 测绘通报. 2014(07)
[3]用卫星工具软件包进行北斗单天线姿态仿真测量[J]. 孟骞,刘建业,曾庆化. 导航定位学报. 2013(03)
[4]双基线姿态确定三种算法的比较分析[J]. 刘晓辉,党亚民,王潜心,杨磊. 大地测量与地球动力学. 2013(01)
[5]BD2/GPS四频高精度接收机在远望号船姿测量中的应用[J]. 周健,毛刚,赵李健,王珏. 测绘科学技术学报. 2012(03)
[6]GPS单频载波相位相对定位的OTF算法及实现[J]. 刘亮,白征东,过静珺. 测绘通报. 2009(05)
[7]LAMBDA整周模糊度解算方法中的整数Z变换算法[J]. 赵蓓,王飞雪,孙广富,雍少为. 弹箭与制导学报. 2008(03)
[8]一种GPS测定姿态的新方法——具有坐标函数约束的单历元阻尼LAMBDA算法[J]. 刘根友. 测绘科学. 2003(03)
[9]适用于航天器的GPS姿态测量算法和软件设计[J]. 过静君,葛茂荣,张宏兵. 清华大学学报(自然科学版). 2000(06)
[10]融合TRIAD算法用于GPS姿态确定[J]. 黎湧,吴宏鑫,刘良栋. 中国空间科学技术. 2000(02)
博士论文
[1]机载GPS动态定位定速与定姿理论研究及软件开发[D]. 王潜心.中南大学 2011
硕士论文
[1]GPS高精度实时动态定位算法研究及软件开发[D]. 刘亮.清华大学 2009
[2]GPS三维姿态测量技术研究[D]. 刘若普.上海交通大学 2008
[3]GPS姿态测量系统的研究[D]. 陈林.重庆大学 2007
[4]GPS姿态测量系统研究与开发[D]. 韩慧群.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：2971365
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