● 摘要
全球定位系统（GPS）是一种拥有全球覆盖能力的无线电自主导航系统。因此，GPS在姿态确定的研究领域应用广泛。与传统的惯性测量器件定姿相比，GPS定姿能够更加快速地提供精确的姿态测量结果，并且量测输出不随时间发散。目前，针对不同环境（海洋、陆地、天空、太空）中高精度的定姿技术和算法已经成为了国内外研究的热点。本文提出了一种仅采用三组GPS天线的姿态估计算法，并给出了其实现过程，算法重点则在于GPS的数据处理以及姿态参数的确定。
针对GPS定姿问题，本文给出了两种基本算法，包括利用载波相位平滑（Hatch滤波器）后码数据的差分GPS以及利用整周模糊度解算后的载波相位数据的差分GPS。采用了基于基线矢量观测的姿态估计算法。同时，在定姿过程中融合了两种方案：直接姿态确定法和最小二乘估计法。为了实现快速、高精度定姿，由直接法得到的姿态信息将被设定为最小二乘估计法的初始值。
通过使用Matlab®软件，本文采用GPS静态测试数据对定姿算法的性能进行仿真。根据对姿态输出结果的分析，得到如下结论：利用载波相位的最小二乘姿态估计法对三轴姿态的估计精度约为0.08°，验证了提出算法以及GPS单独定姿算法的有效性。