梁挺+韓瑞+丁昨凱+柳井莉

【摘要】 隨著科技的進(jìn)步，GPS在近幾年來有了不錯(cuò)的發(fā)展，運(yùn)用GPS三維動(dòng)態(tài)的方式測(cè)量載體的姿態(tài)信息。GPS的姿態(tài)測(cè)量速度快而且精準(zhǔn)度高，所以受到人們的廣泛運(yùn)用。在人們的不斷的改良，尋找到一種合適的光纖來替代電纜，降低電纜的功耗，而且還能減少電磁的干擾，研制了一種光載GPS一機(jī)多天線的系統(tǒng)。在GPS三維姿態(tài)測(cè)量基本原理，載波相位差分測(cè)姿態(tài)等方面分析，進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】 GPS 姿態(tài)測(cè)量 載波相位差分 模糊度函數(shù) 雙查解析

前言：GPS三維姿態(tài)測(cè)量是隨著科技的進(jìn)步，新型發(fā)展起來的一門技術(shù)。它的特點(diǎn)是無累計(jì)誤差、無需對(duì)準(zhǔn)。成本低，精確度高，不會(huì)受到氣候影響等優(yōu)點(diǎn)，這與傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)有了很大的不同。傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)是有電纜所構(gòu)成的，成本高，而且精確度不高，GPS三維姿態(tài)測(cè)量的出現(xiàn)，為GPS的運(yùn)用做出了重大的貢獻(xiàn)。

一、國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況

利用GPS載波相位差來測(cè)量載體早在很久以前就被人們所所想到了，但在1978年的時(shí)候，被美國(guó)科學(xué)家所研究出來，確立了載波相位差分測(cè)量和天線之間基線向量所能夠做到精確的測(cè)量，但在80年代的時(shí)候由于硬件的價(jià)格昂貴，所以研究人員一直都是仿真的研究，直到一次偶然的機(jī)會(huì)，在美國(guó)海軍水面武器上得到了運(yùn)用，在此之后，由一個(gè)美國(guó)公司提供資金，研制出姿態(tài)的GPS接收機(jī)，并在美國(guó)的海軍上再一次的試用，取得了不錯(cuò)的成功。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在90年代的時(shí)候，美國(guó)的各個(gè)公司開始爭(zhēng)相的進(jìn)行研制，由最初的基線長(zhǎng)度1m增加到了5m，姿態(tài)測(cè)量的精準(zhǔn)度也有0.331。增加到了0.06。，美國(guó)對(duì)GPS姿態(tài)測(cè)量技術(shù)有著不錯(cuò)的研究，而中國(guó)在GPS定位應(yīng)用等方面進(jìn)行了研究，還取得了不錯(cuò)的發(fā)展。國(guó)家重視GPS的研究，與之相關(guān)的大學(xué)都進(jìn)行了對(duì)GPS定位的研究，驗(yàn)證出GPS載波相位干涉儀的測(cè)姿原理，姿態(tài)的測(cè)量度也有了很大的改變，精確度得到了提高。

二、GPS的工作原理

GPS系統(tǒng)的構(gòu)成是有三個(gè)部分：GPS衛(wèi)星星座圖、地面監(jiān)控和GPS信號(hào)接收器。GPS衛(wèi)星星座的作用是給用戶設(shè)備提供數(shù)據(jù)電文和相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，地面監(jiān)控系統(tǒng)顧名思義就是對(duì)空間里的各個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)控和定位，監(jiān)控衛(wèi)星的信號(hào)是否良好，定位衛(wèi)星是否在軌道上行駛，也是確立一些用戶的位置、速度和時(shí)間的定位。前面兩部份的完成，由GPS接收機(jī)所完成，三個(gè)系統(tǒng)相互配合所完成。利用載波相位和偽距進(jìn)行進(jìn)行組合測(cè)量，主要有兩種方法：

2.1偽距ρ（t）與載波相位Φ（t）的近似關(guān)系式：

載波相位的調(diào)節(jié)能力有限：載波相位的數(shù)據(jù)相對(duì)偽距很小，單次測(cè)量對(duì)結(jié)果影響較小，衛(wèi)星中通過長(zhǎng)時(shí)間跟蹤的總體累計(jì)產(chǎn)生影響。用載波相位雙差計(jì)算可以減少計(jì)算量，而且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性也相對(duì)較高。載波相位雙差在三維姿態(tài)上得到了廣泛的應(yīng)用。

三、三維姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)誤差來源分析及消除方法

GPS衛(wèi)星站測(cè)距會(huì)產(chǎn)生誤差，產(chǎn)生誤差的原因有很多種，而且是不同的來源造成誤差產(chǎn)生的效果也不同。

1、衛(wèi)星星歷誤差。在衛(wèi)星測(cè)量中，GPS衛(wèi)星是作為動(dòng)態(tài)已知的點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算的，但實(shí)際上我們是從GPS導(dǎo)航電文中所記錄下來的衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)，然后記做是衛(wèi)星的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，這就與之前的坐標(biāo)所產(chǎn)生誤差，但這種誤差是已經(jīng)記錄在用戶位置中的結(jié)果，從而導(dǎo)致了GPS衛(wèi)星定位上的誤差，這對(duì)定位的影響是非常的大，這也是GPS定位系統(tǒng)產(chǎn)生誤差的主要原因之一。

2、傳播誤差。在地球的表面50到1000千米之間，有一層電離層，由于太陽光線的照射導(dǎo)致電離層的中性氣體分子被電離，GPS在穿過電離層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致GPS信號(hào)的路徑改變，GPS的傳播速度也會(huì)減慢，從而產(chǎn)生延誤差，機(jī)器與機(jī)器之間會(huì)差生時(shí)間上的延遲誤差。

3、多路徑誤差。GPS接受機(jī)到衛(wèi)星站的距離是衛(wèi)星發(fā)射的過程，在這個(gè)過程中產(chǎn)生一種信號(hào)叫做直接波，但在衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)作中，衛(wèi)星要受到物體、衛(wèi)星反射等一些干擾因素的困擾，那就接收器所產(chǎn)生的GPS信號(hào)就是由直接波和間接波所產(chǎn)生的合成波，這就造成了多種路徑的誤差，從而破壞了衛(wèi)星站距離的測(cè)量，削弱了用戶接受信息的能力。

結(jié)論：GPS在創(chuàng)造之出以來，在軍事、地質(zhì)勘測(cè)、交通等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而GPS姿態(tài)測(cè)量又是一個(gè)新領(lǐng)域，有很多的發(fā)展空間。GPS三維姿態(tài)測(cè)量可以增加增量的準(zhǔn)確性，不會(huì)受到環(huán)境的影響，而且在使用的成本上也有所降低。GPS三維姿態(tài)測(cè)量所推出的新算法有改善了原來大量計(jì)算的缺點(diǎn)，促進(jìn)GPS的效率，但GSP三維姿態(tài)測(cè)量在性能上還有待加強(qiáng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉若普. GPS三維姿態(tài)測(cè)量技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2015.

[2]廖國(guó)軍. GPS三維姿態(tài)測(cè)量技術(shù)的研究[D].西華大學(xué)，2011.

[3]張靜. 車載平臺(tái)姿態(tài)及天線位置確定技術(shù)研究[D].山東科技大學(xué)，2015.