用于姿态确定的低成本GPS／速率陀螺组合系统

摘要

使用低成本GPS接收机和天线进行姿态确定可以大大降低硬件系统总成本。与使用高性能GPS接收机相比，低成本设备的载波相位测量值易出现载波相位测量误差，例如多路径、天线相位中心偏差和噪音。这些误差源连同更加频繁出现的周跳大大降低了姿态确定的有效性、可靠性及精度。本文研究了低成本‘GPS／陀螺’组合系统在姿态测定方面的应用情况：借助于航迹推算类型的传感器，可以把模糊搜索区域定义为一个小立方体以增强模糊分辨过程。采用卡尔曼滤波器将速率陀螺数据与GPS载波相位测量值融合。基于改进序列的品质控制系统用于识别周跳和不正确的天线间矢量解法。由于在GPS中断期间可以使用速率陀螺的角速率测量值来估算姿态参数，组合系统的有效性相对于GPS独立系统来说也有了改善。用于设计和测试该组合系统的低成本硬件由带OEMAT575-70天线的CMCAllstar接收机和Murata ENV-05D-52压电振动速率陀螺组成。在市区内的测试表明：在基于GPS的姿态确定系统中引入速率陀螺，不仅有效地降低了估算姿态参数中的噪音，而且可以在GPS中断期间惯性跟踪姿态输出，大大改善了系统可靠性。