基于GPS舰船定向技术的研究

摘要

GPS高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活的特点吸引了全世界无数的海陆空用户。随着GPS差分技术的日趋成熟，利用GPS载波相位观测量进行定向的研究为GPS开辟了又一个新的应用领域。 本文针对海上舰船的动态特性，深入研究了GPS定向的关键技术。在理论上从载波相位观测方程入手，阐述了利用载波相位进行定向的基本原理，推导了定向算法的数学模型，并进行了误差分析。 重点论述了定向的难点——整周模糊度的解算，通过对各种整周模糊度的解算方法的分析和比较，提出了一种适合舰船定向的整周模糊度快速解算法。本算法结合了最小二乘法和LAMBDA法、Cholesky分解法三者的优点，并利用姿态、基线长度等多种约束条件来剔除不正确的模糊度组合，从而缩短了模糊度搜索的时间，提高了模糊度解算的正确率。 周跳的检测和修复是决定GPS定向算法可靠性的关键技术。本文在比较了多种周跳处理方法的优缺点后，引入了三种简单实用的周跳处理方法，较好地解决了周跳问题，提高了模糊度固定的效率。 采用两块Thales AC12 具有载波相位原始数据输出的低成本接收板以及接收天线和RS232输出接口构成了实验的硬件装置，并完成了系统定向解算的软件设计。通过对数据的处理与定向算法的解算，获取载体的二维姿态角——航向角和俯仰角，验证了定向算法的正确性，并对解算结果的精度进行了分析。