分布式移动多载舰OTHR系统姿态测量方法的研究

论文摘要

通信技术、数据融合技术、新体制雷达等的发展促进了雷达组网技术的发展。因此,分布式移动平台地波超视距雷达有着巨大的发展潜力和空间。由于这个舰载雷达系统是相参系统,那么系统中各载体间的相对距离和姿态关系对整个系统的性能是至关重要的,如何实时地确定平台中任意载体间的距离和姿态关系是本课题的重要内容。利用GPS信号对载体的姿态进行测量是GPS应用的一个新领域,本文围绕利用GPS信号确定运动载体姿态这一主题,重点研究了GPS姿态测量的理论及算法实现。归纳了GPS姿态测量系统的三个主要环节:包括数据的采集与处理,整周模糊度的快速解算以及基线及姿态角的解算。在整周模糊度的解算环节,针对GPS姿态测量的关键问题—整周模糊度的快速确定,在分析多种基于模糊域的求解方法基础上,归纳出模糊度解算的一般步骤,将解算过程分为初值估计和模糊度确定两个环节。确定在本研究中采用基于最小二乘法的初值估计和基于LAMBDA的模糊度确定方法。GPS载波相位观测值中含有未知的模糊度,当模糊度正确确定后,用GPS载波相位定位比伪距定位精度高得多。随着载波相位差分技术和数字信号处理硬件的快速发展,GPS姿态测量的实时处理成为可能。通过对安装在载体上的多个GPS天线测得的载波相位信息进行差分处理,就可以实时确定载体的姿态。本文研究了GPS实时姿态测量技术的理论及方法,推导了姿态解算的数学模型,并提出一个姿态测量系统的具体实施方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文所做的工作
• 1.4 论文结构安排
• 第2章 GPS信号体制和定位原理
• 2.1 GPS信号体制
• 2.1.1 C/A码和P码
• 2.1.2 GPS信号的构成
• 2.2 GPS导航电文
• 2.2.1 GPS的数据格式
• 2.2.2 导航电文的内容
• 2.3 GPS信号的接收
• 2.4 GPS定位原理
• 2.4.1 绝对定位原理
• 2.4.2 相对定位原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 GPS误差来源以及消除方法
• 3.1 与卫星有关的误差
• 3.1.1 卫星钟误差
• 3.1.2 卫星星历误差
• 3.1.3 地球自传影响
• 3.2 信号传播的误差
• 3.2.1 电离层延迟
• 3.2.2 对流层折射的影响
• 3.2.3 多路径影响
• 3.3 接收设备和观测噪声
• 3.3.1 观测噪声
• 3.3.2 天线相位中心的位置偏差
• 3.3.3 接收机钟差
• 3.4 本章小结
• 第4章 动态对动态GPS相对距离和姿态的测量
• 4.1 GPS的基本观测量
• 4.1.1 伪距
• 4.1.2 载波相位
• 4.2 伪距双差观测方程的解算
• 4.3 整周模糊度的快速解算
• 4.3.1 改进的LAMBDA法
• 4.4 动态对动态GPS相对定位模型和算法
• 4.4.1 载体简化的模型
• 4.4.2 载体基线向量及姿态的确定
• 4.4.3 相位平滑伪距
• 4.4.4 精度估计
• 4.5 系统构成示意图
• 4.6 本章小结
• 第5章 可行性分析和仿真研究
• 5.1 仿真实验
• 5.1.1 采用伪距仿真结果
• 5.1.2 采用载波相位仿真结果
• 5.2 可行性分析
• 5.3 后续工作及展望
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢