题目：基于北斗导航系统的姿态测量方法研究

摘    要

 

上世纪80年代，随着全球导航卫星系统的诞生，卫星信号作为一种新的高精度、实时、连续的定位授时基准被广泛的应用在各类军事和民用设备上。作为该成员中的佼佼者，美国的GPS系统依靠其自身系统的完备性迅速占领了绝大部分的国际市场。随着差分GPS技术的不断扩展，其姿态测量功能也倍受广大学者青睐。作为新成员，北斗系统是中国自主研发的全球卫星导航系统，现已能够对亚太地区提供服务。本课题基于北斗导航系统的姿态测量方法研究就是以北斗区域导航系统为基石，开展对空间基线相对定位、多基线姿态测量技术研究，旨在开发一整套应用于北斗导航系统进行多基线姿态测量的算法流程，并验证其有效性和稳定性问题。

本文首先介绍了北斗二代卫星导航系统的组成、发展、现状；给出了北斗信号的伪距和载波相位测量方程及其误差源分析，在此基础上推导分析了载波相位差分观测模型；其次介绍了基于载波相位姿态测量的基础理论，最后结合基于载波相位的定姿原理分析了定姿系统的关键技术。

定姿过程中载波相位整周模糊度的求解一直是最为关键的环节。本文首先通过北斗三频载波相位观测量间误差的相关性，提出基于解算不定方程求解特定波长和电离层延迟下噪声最优的线性组合系数；分析了不同类型组合观测量的误差特性，选择了三组宽巷组合作为中短基线模糊度解算的推荐方案。其次以LAMBDA算法为核心介绍了一种基于信息矩阵的模糊度快速解算方法，最终通过多次40km范围内地面静态实验论证多频组合方案和模糊度快速解算方法的有效性。

在姿态解算算法方面，本文介绍了7种分别基于矢量观测和最优估计的姿态解算算法，搭建了基于北斗系统的姿态测量数据后处理MATLAB仿真平台，验证了姿态解算算法的有效性。应用实验室自主开发的定姿平台进行了地面测姿试验，通过对北斗卫星信号进行后处理进一步验证模糊度解算算法和姿态解算算法的可靠性。综合分析仿真与实验结果，给出基于北斗导航系统进行姿态测量的整体算法流程和相应的定姿精度。