GPS三维姿态测量技术研究

【摘要】 随着科技的进步，GPS在近几年来有了不错的发展，运用GPS三维动态的方式测量载体的姿态信息。GPS的姿态测量速度快而且精准度高，所以受到人们的广泛运用。在人们的不断的改良，寻找到一种合适的光纤来替代电缆，降低电缆的功耗，而且还能减少电磁的干扰，研制了一种光载GPS一机多天线的系统。在GPS三维姿态测量基本原理，载波相位差分测姿态等方面分析，进行研究。

【关键词】 GPS 姿态测量 载波相位差分 模糊度函数 双查解析

前言：GPS三维姿态测量是随着科技的M步，新型发展起来的一门技术。它的特点是无累计误差、无需对准。成本低，精确度高，不会受到气候影响等优点，这与传统的GPS系统有了很大的不同。传统的GPS系统是有电缆所构成的，成本高，而且精确度不高，GPS三维姿态测量的出现，为GPS的运用做出了重大的贡献。

一、国内外的发展情况

利用GPS载波相位差来测量载体早在很久以前就被人们所所想到了，但在1978年的时候，被美国科学家所研究出来，确立了载波相位差分测量和天线之间基线向量所能够做到精确的测量，但在80年代的时候由于硬件的价格昂贵，所以研究人员一直都是仿真的研究，直到一次偶然的机会，在美国海军水面武器上得到了运用，在此之后，由一个美国公司提供资金，研制出姿态的GPS接收机，并在美国的海军上再一次的试用，取得了不错的成功。

随着技术的不断进步，在90年代的时候，美国的各个公司开始争相的进行研制，由最初的基线长度1m增加到了5m，姿态测量的精准度也有0.331。增加到了0.06。，美国对GPS姿态测量技术有着不错的研究，而中国在GPS定位应用等方面进行了研究，还取得了不错的发展。国家重视GPS的研究，与之相关的大学都进行了对GPS定位的研究，验证出GPS载波相位干涉仪的测姿原理，姿态的测量度也有了很大的改变，精确度得到了提高。

二、GPS的工作原理

GPS系统的构成是有三个部分：GPS卫星星座图、地面监控和GPS信号接收器。GPS卫星星座的作用是给用户设备提供数据电文和相关的数据信息，地面监控系统顾名思义就是对空间里的各个卫星进行监控和定位，监控卫星的信号是否良好，定位卫星是否在轨道上行驶，也是确立一些用户的位置、速度和时间的定位。前面两部份的完成，由GPS接收机所完成，三个系统相互配合所完成。利用载波相位和伪距进行进行组合测量，主要有两种方法：

2.1伪距ρ（t）与载波相位Φ（t）的近似关系式：

载波相位的调节能力有限：载波相位的数据相对伪距很小，单次测量对结果影响较小，卫星中通过长时间跟踪的总体累计产生影响。用载波相位双差计算可以减少计算量，而且计算结果准确性也相对较高。载波相位双差在三维姿态上得到了广泛的应用。

三、三维姿态测量系统误差来源分析及消除方法

GPS卫星站测距会产生误差，产生误差的原因有很多种，而且是不同的来源造成误差产生的效果也不同。

1、卫星星历误差。在卫星测量中，GPS卫星是作为动态已知的点进行运算的，但实际上我们是从GPS导航电文中所记录下来的卫星星历的数据，然后记做是卫星的实时坐标，这就与之前的坐标所产生误差，但这种误差是已经记录在用户位置中的结果，从而导致了GPS卫星定位上的误差，这对定位的影响是非常的大，这也是GPS定位系统产生误差的主要原因之一。

2、传播误差。在地球的表面50到1000千米之间，有一层电离层，由于太阳光线的照射导致电离层的中性气体分子被电离，GPS在穿过电离层时，会导致GPS信号的路径改变，GPS的传播速度也会减慢，从而产生延误差，机器与机器之间会差生时间上的延迟误差。

3、多路径误差。GPS接受机到卫星站的距离是卫星发射的过程，在这个过程中产生一种信号叫做直接波，但在卫星的实际运作中，卫星要受到物体、卫星反射等一些干扰因素的困扰，那就接收器所产生的GPS信号就是由直接波和间接波所产生的合成波，这就造成了多种路径的误差，从而破坏了卫星站距离的测量，削弱了用户接受信息的能力。

结论：GPS在创造之出以来，在军事、地质勘测、交通等各个领域得到了广泛的应用，而GPS姿态测量又是一个新领域，有很多的发展空间。GPS三维姿态测量可以增加增量的准确性，不会受到环境的影响，而且在使用的成本上也有所降低。GPS三维姿态测量所推出的新算法有改善了原来大量计算的缺点，促进GPS的效率，但GSP三维姿态测量在性能上还有待加强。

参 考 文 献

[1]刘若普. GPS三维姿态测量技术研究[D].上海交通大学，2015.

[2]廖国军. GPS三维姿态测量技术的研究[D].西华大学，2011.

[3]张静. 车载平台姿态及天线位置确定技术研究[D].山东科技大学，2015.