Determination of Vessel Attitudes Using GPS

With the development of GPS carrier wave phase technology, it becomes possible that the height accuracy of centimeter level is got by GPS RTK technology. Vessel attitudes are very important parameters in marine survey. In this paper, they were determined by 4 GPS receivers. At the same time, the arithmetic and procedure of vessel attitude determining were given. Based on an experiment, some useful conclusions were obtained and the corresponding methods were put forward to improve the accuracy.

两种双矢量SINS粗对准方法大俯仰角适应性研究

大俯仰角下捷联惯导粗对准双矢量定姿中,不同矢量组合下,姿态角尤其是方位角对准精确度相差很大,必须慎重选择。对此,给出了2种最常用的粗对准矢量组合模式误差方程,对其主要误差影响因素进行分析。综合传感器误差,利用蒙特卡洛随机打靶方法对全姿态角下粗对准精确度进行仿真,并开展了80°俯仰角转台静态粗对准试验。转台试验中,在惯导陀螺误差约1°/h,加速度计误差约0.1mg情况下,第1种、第2种组合模式方位角粗对准最大误差值分别为20°、7.5°,第2种组合模式约为第1种的1/3;仿真测试中,在惯导陀螺误差约0.1°/h,加速度计误差约1mg,80°俯仰角下,第1种、第2种组合模式下方位角粗对准最大误差值分别为11°与2.2°,前者约为后者的5倍。仿真与试验结果表明,大俯仰角下矢量组合模式是影响惯导姿态角与姿态矩阵粗对准精确度的最主要因素。

基于四元数自适应卡尔曼滤波的快速对准算法

针对捷联惯导初始对准问题,提出了一种具有干扰抑制能力的四元数自适应卡尔曼滤波初始对准算法。通过将初始对准问题转化为Wahba姿态确定问题,直接建立四元数的滤波模型,并采用自适应卡尔曼滤波对初始时刻姿态四元数进行估计,利用姿态四元数更新求出当前姿态来实时地反映载体的姿态变化。针对直接构建量测模型导致收敛速度慢的问题,提出一种基于最优四元数估计法构造K矩阵原理的改进算法。利用三轴转台模拟不同的摇摆环境进行实验,转台实验表明了改进算法具有较快的收敛速度和良好的稳定性及精度,中等精度的惯导系统在150s至200s的对准时间内,航向角均值误差小于2'。

基于遗传算法的GPS姿态测量技术

提出了一种新的GPS载波相位姿态测量搜索技术。它是一种基于遗传算法（GeneticAlgorithm,GA）,采用二值编码、最佳保留（Elitist Model）选择机制和模糊度函数法的适应度函数,并以分级方式（粗搜索GA和精搜索GA）进行最优搜索,实现GPS姿态快速测定。试验结果表明:该方法对复杂搜索空间的搜索效率高、速度快,并且对周跳不敏感。

未知纬度条件下基于重力视运动与小波去噪的SINS自对准方法

基于惯性系的双矢量定姿方法选择惯性系中的两个重力视运动向量作为不共线矢量,解决了传统双矢量定姿方法在晃动基座条件下易受载体角运动干扰而无法实现对准的问题,但该方法仍需要精确的地理纬度信息以参与对准计算。针对未知纬度条件下的SINS抗晃动自对准问题,提出了一种基于重力视运动的三矢量自对准方法。该方法将初始对准问题归结为求解当前时刻导航系相对于初始时刻载体系的姿态矩阵问题,并利用矢量运算进行求解,仿真结果表明:加速度计随机测量噪声会映射为重力视运动随机噪声,降低对准精度;当加速度计随机噪声量级较大时,会带来对准计算失败。针对噪声问题,引入Daubechies(db4)小波进行5层分解来实现对重力视运动的降噪,并选择去噪后的重力视运动向量参与三矢量定姿解算,仿真结果表明:db4小波具有良好的去噪效果,基于小波去噪的三矢量自对准方法可以有效完成未知纬度条件下的SINS初始对准。

惯导辅助的基于GPS的航向姿态参考系统的设计与实现

描述了一种惯导辅助的基于GPS的航向姿态参考系统的设计与实现,主要工作包括两个方面:第一,采用最小二乘方法和乔里斯基分解,基于基线长度约束设计并实现了实时的GPS定姿系统;第二,采用低成本的光纤陀螺辅助CPS定姿系统,提出了基于姿态角约束的多分辨率方法,用于在GPS定姿失败的情况下,正确求解载体姿态。该系统经过船载航行实验,证明完全能够达到实时计算,在基线长度为3 m的条件下,航向角精度优于0.1°。

GPS定姿系统/捷联惯性导航系统组合技术研究

研究了GPS定姿系统和捷联惯性导航系统二者的组合技术 :根据传递对准技术 ,研究了GPS定姿系统在捷联惯性导航系统的初始对准中的应用 ;根据空间几何约束 ,研究了模糊度的搜索算法 ,以提高定姿系统的计算效率和稳定性。实验证明 ,方案切实可行 ,收到了良好的效果。

GPS定位定向系统的研究

本文提出一种综合模糊度搜索算法和余度测量的周跳检测法。采用该方法进行模糊度搜索 ,保证了初始化时间最短的组合能在 30 0秒以内出现 ,使初始化时间大大缩短。

利用GPS确定运动载体姿态的方法研究

介绍了GPS测量运动载体姿态的基本原理,并基于NovAtelDL型非专业姿态测量GPS接收机进行了实验,给出了GPS姿态测量的初步结果。

GPS姿态测量的载波相位整周模糊度快速解算

根据 ARCE方法可以将模糊度搜索空间从所观测到的 m颗卫星的 m -1维降为 3维独立整周模糊度搜索空间 ,结合整数高斯变换及基线长度约束减小模糊度搜索空间 ,利用 Cholesky分解提高模糊度搜索效率 ,实验结果证明该方法能够快速解算整周模糊度适于实时姿态确定等应用。

舰载捷联惯导动基座F-QUEST初始对准方法

针对目前基于惯性系的捷联惯导动基座对准方法信息利用率不高及矢量观测选取不确定性导致对准精度下降的问题,提出了一种新的舰载捷联惯导动基座滤波四元数估计(filter quaternion estimation,FQUEST)对准方法。构建了捷联惯导动基座初始对准模型,并利用姿态矩阵链式法则将惯导初始对准转化为姿态确定问题,进而采用F-QUEST算法求取姿态矩阵以实现捷联惯导动基座对准。车载试验结果表明:相比传统方法,新方法具有更高的对准精度和更快的收敛速度,水平姿态角误差只需3s即可收敛到0.01°。

GPS双星航姿测量研究

提出用两部测量型GPS接收机 ,实时观测两颗以上GPS卫星在站心坐标系下的高度角、方位角和载波相位 ,来推算基线 (船体 )的航向和姿态 ,初步解决了整周模糊度的解算问题 .文中对影响航向和姿态准确解算的因素进行了分析 ,并提出了改进的办法 .

一种基于非专用接收机的GPS实时定姿算法

描述一种基于非专用接收机的GPS实时定姿算法,主要工作可以分为两个部分:第一,采用最小二乘方法和乔里斯基分解,基于基线长度约束压缩整周模糊度搜索空间,以达到实时计算的目的;第二,结合姿态角约束,使用金字塔算法提高了整周模糊度求解效率。经过实验,算法在基线长度为3m的条件下,航向角精度优于0.1°。

GPS姿态传感器的数学原理和实现

详细描述了GPS姿态传感器的数学原理 ,给出了一种基于基线长度约束和最小二乘方法的模糊度搜索算法 ,得到了预期结果 ,经过静态和动态车载试验证明GPS姿态传感器切实可行 ,在基线长度为三米的条件下 ,航向角精度优于 0 1°。

基于矢量定姿的捷联惯导惯性系对准误差分析

针对基于矢量定姿的惯性系对准误差等问题进行了详细的推导与比对分析。首先,建立了以矢量定姿算法为核心的惯性系对准信息流程与算法模型;然后,阐述了应用于对准中的TRAID与QUEST定姿算法原理,详细推导了两种算法的误差协方差模型,建立并分析了重力矢量观测条件下QUEST定姿对准误差与器件误差的解析关系;最后,通过蒙特卡洛多样本仿真实验对比分析了不同对准方法的对准精度与统计特性。理论分析及仿真实验表明:采用QUEST算法的对准极限精度与传统方法的相同,但在等精度观测条件下,QUEST算法的对准精度稳定性要优于TRAID算法。

一种解算整周模糊度几何算法实现GPS快速测姿

在多天线GPS姿态确定系统中,整周模糊度的确定一直是姿态解算的一个难题。针对载波相位双差模型,本文提出一种新的几何解算双差整周模糊度的方法。该方法首先利用C/A码数据完成姿态初步解算;然后根据初步解算的姿态参数、各天线间基线分量参数和卫星到接收机在当地水平坐标系中的向量,再利用本文提出解算双差整周模糊度几何算法求取整周模糊度双差值;将整周模糊度双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量,由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数。同时,应用本文所提出的方法,对采集的GPS多天线静态数据和动态数据进行了姿态测量解算,验证了所提方法的有效性。

基于SINS/GPS组合的低成本船用姿态确定系统

为了满足船用姿态确定系统的精度和成本要求,提出了基于低精度光纤陀螺捷联惯性系统与GPS双天线定向系统组合的姿态确定方案,建立了相应的组合姿态确定系统,设计并实现了姿态确定算法。通过静态试验和动态船载试验,验证了该组合姿态确定系统的可行性;试验结果表明系统在低成本的条件下具有较高的精度。

基于GPS舰船定向算法的分析研究

简述了利用GPS载波相位技术进行舰船定向的原理,比较了目前已有的多种定位定向关键技术——整周模糊度求解的算法,结合各种算法的优缺点,提出了一种适合于舰船定向的整周模糊度方法。该方法结合最小二乘法和LAMBDA法的优点,减少了备选整周模糊度的组合数,并采用多种约束信息来剔除不正确的模糊度组合,最后给出了系统软件的设计方案。

GPS测姿中载波相位差分技术的研究与实现

从载体姿态测量精度的要求出发,介绍了GPS载波相位差分技术。在此基础上,以具体的测姿试验为例,重点研究与分析了载波相位双差解算的过程,给出了相应的数据处理结果,为今后进一步研究姿态解算方法奠定了基础。

一种新型惯性/GPS测姿组件安装标定方法

研究了惯性测量组件和GPS测姿组件安装偏差关系的标定算法,利用双差载波相位测量内蕴的矢量转换关系对安装偏差矩阵进行估计。首先,分析了双差载波相位观测方程,将其转换为已知GPS基线矢量和对应双差载波相位观测在惯性测量组件载体系中的投影,将安装偏差矩阵表示为矢量方程参数;其次,根据矢量方程特性,将其归结为Wahba问题,并利用QUEST方法对耦合噪声条件下的安装偏差矩进行最优估计阵;最后利用仿真数据和实验数据验证了标定算法,并与其他方法进行了比较。分析表明,标定算法在精度和鲁棒性上都得到了提高,有很强的实用性。