GPS姿态测量技术综述

利用GPS进行载体姿态测量是GPS应用的重要分支，是目前国内外研究的热点之一．与传统的姿态测量系统相比，GPS姿态测量系统成本低廉，精度适中．与GPS定位技术相比，它是GPS应用的一个全新领域．文中综述了目前正受到广泛重视的多天线GPS姿态测量技术，并提出了该技术研究发展的方向．     

GPS航向与姿态测量系统定点测试分析

为了将GPS航向与姿态测量系统有效地应用于舰船的姿态测量领域,根据GPS航向与姿态测量系统的特点,设计并开展了针对Beeline系统的定点测量实验,总结归纳了其在定点使用中的特性,指出了在自主开发GPS航向与姿态测量系统时应该注意的关键问题.测试结果表明,GPS航向与姿态测量系统测量精度高,利用GPS信号进行航向与姿态测量具有较为广阔的应用前景.     

船舶装备安装基准相对姿态测量系统研究

介绍一种船舶装备安装基准相对姿态测量系统,阐述了系统的各部分组成。对测量系统进行了精度测试,并进行了数据补偿,对补偿前后测试精度的比对结果表明,经补偿后系统具有良好的测试精度。测量系统能够实时测量两个运动平台的相对姿态,上位机软件具有实时显示、实时监测、测量数据自动存储功能。     

基于无磁转台的微小型稳定平台性能指标测试方法

传统的棱镜光学测量方法大多针对大型转台和云台,微小型稳定平台体积小无法安装光学棱镜,且光学测量成本高,为解决传统测量方法无法应用于微小型稳定平台测试中的问题,提出采用无磁转台测量方法。该文利用0.05°高精度无磁转台提供不同倾角姿态参考,采集惯组姿态数据和稳定平台控制码盘数据,分析得到稳定平台角度测量精度、角度指向精度和角度稳定精度。为验证该方法的可行性,搭建微小型稳定平台样机和上位机数据采存软件。测得自制稳定平台姿态测量误差0.6°,角度指向误差0.73°,角度稳定误差0.1°。该测量方法对微小型稳定平台的性能指标测量方面具有广泛的应用前景。     

GPS测量系统误差分析

本文引出了GPS姿态测量,介绍了GPS测量原理,根据GPS测量系统的特点分析了测量过程中的各种误差,并提出了相应的误差消除措施。     

GPS在船舶姿态测量中的应用

在本文介绍的测姿方案中,采用GPS接收机对船舶载体姿态测量应用方面进行了研究。其研究方向主要集中在对船舶载体姿态进行测量,并利用现有试验条件进行了尝试,确定船的偏航角、横滚角、俯仰角,最终确定船舶的姿态与时间的关系。目前,建立在相对定位基础上的GPS导航技术己经成熟,随着载波相位动态跟踪技术的发展,以此为基础的GPS测姿系统将逐渐显现出其巨大的潜力和优越性。因此,其应用前景是十分广阔的。     

基于最小二乘法的GPS多天线测姿及精度分析

阐述GPS测姿基本原理和采用多天线测姿方法,针对影响GPS测姿精度因素进行分析,提出应用最小二乘法进行载体姿态参数计算和动态模糊度解算的方法.比对试验和精度分析表明,使用最小二乘法进行载体姿态确定是最优的,使用最小二乘搜索法进行动态模糊度解算是非常有效的.     

基于MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统

提出了一种基于低成本MEMS惯性传感器的微型姿态测量系统,包括MEMS速率陀螺、MEMS磁强计、单轴MEMS加速度传感器.重点研究了基于扩展Kalman滤波（EKF）的姿态估计创新算法,通过速率陀螺更新误差状态四元数计算姿态角,并通过飞行方向的加速度传感器和三轴磁强计来补偿陀螺漂移和姿态角误差,利用扩展卡尔曼滤波方程消除瞬时干扰,实现高动态姿态测量.系统的仿真和高动态实验表明,姿态测量动态精度低于5°,静态精度低于0.7°.     

GPS双星航姿测量研究

提出用两部测量型GPS接收机，实时观测两颗以上GPS卫星在站心坐标系下的高度角，方位角和载波相位，来推算基线（船线）的航向和姿态，初步解决了整周模糊度的解算问题，文中对影响航向和姿态准确解算的因素进行了分析，并提出了改进的办法。     

低空摄影测量飞机惯导姿态精度评估技术

针对试飞试验中飞机惯导系统的姿态数据精度评估问题,从航空摄影测量控制定位理论出发,基于POS辅助空中三角测量和光束法区域网平差理论与方法,充分利用各种传感器特性和地面控制条件,实现摄影瞬间飞机惯导系统姿态参数的高精度测量,并与飞机惯导系统实际获取的姿态数据进行残差计算和精度对比分析,进而实现对飞机惯导系统姿态数据精度的评估。飞行试验证明:利用低空摄影测量的密集控制网光束法区域平差方法,能够获取精度高于惯导数据一个等级以上的姿态数据,可充分实现对惯导数据精度的合理评估。     

基于MSP 430姿态测量系统的设计与实现

针对原有姿态测量系统陀螺仪存在累计漂移误差及加速度计容易受干扰的问题,本文设计并实现了一种应用于小型回旋翼飞行器的低成本测量系统,其基于梯度下降法融合系统中陀螺仪和加速度计的输出数据,补偿了四元数更新方程.同时,基于MSP 430实现了该姿态测量系统,实验结果表明梯度下降法能有效完成数据融合,提高姿态测量精度.     

基于MTi的三维姿态测量系统研究

针对高精度三维姿态测量的需求背景,基于高度集成化的姿态测量器件MTi,系统地分析了其参考坐标系、输出参数和传输协议,结合单片机控制设计了相应的姿态测量系统,并进行实验测试.结果表明,该测量系统具有较高的测量精度,为姿态测量和控制的实际应用提供了一种新的方法和技术途径.     

Rotator attitude measurement using GPS based on Kalman filter algorithm

研究了用单天线全球定位系统(GPS)接收机的载波信号正弦相位调制波实时测量旋转体姿态的基本原理和方法,设计了一种实现旋转体姿态测量的卡尔曼滤波算法.为了克服多天线姿态测量存在的天线相位延迟、噪声相互独立等不利因素,将单天线置于相位中心偏离旋转轴心位置.分析了旋转体姿态与GPS接收机载波信号之间的关系,给出载波信号的数学模型,在GPS接收机跟踪环路建立了包含姿态信息的载波信号卡尔曼滤波模型,对环路的跟踪性能与姿态算法进行MATLAB仿真.结果表明,此算法的跟踪环路带宽窄,能有效抑制噪声干扰,较好地实现了对旋转信号的跟踪,并且姿态测量精度比较高.     

基于UKF信息融合的多旋翼飞行器姿态估计

姿态估计是多旋翼飞行控制的基础,为实现多旋翼三轴姿态估计,构建了基于MEMS陀螺、加速度计和磁力计的低成本姿态测量系统.该系统采用STM32F103作为控制器,集成加速度计和陀螺仪MPU6050,磁强计HMC5883作为测量传感器.针对多旋翼飞行器单一传感器无法准确测量姿态信息的问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波信息融合的姿态估计算法.以陀螺仪为状态矢量,加速度计和磁强计解算的姿态角为观测矢量,无迹卡尔曼滤波器将陀螺的良好动态性能与加速度计、磁强计的良好静态性能结合起来,提高姿态测量精度,具有良好的动态跟踪性能.通过飞行测试,与高性能成品飞行器的姿态信息做对比,验证和分析该低成本姿态测量系统的有效性.实验结果表明,基于无迹卡尔曼滤波的姿态测量系统实现了动态环境下低成本多旋翼的精密姿态测量,为无人机自主飞行控制奠定了基础.     

A new method for the combination of GPS and MEMS inertial sensors

提出了一种新的GPS/MEMS微惯性器件组合方法,并根据组合结构的需求.设计了基于载体机动模型和卡尔曼滤波器的GPS信息滤波算法来获取由于载体轨迹机动引起的加速度,从而对基于MEMS微惯性器件的姿态测量算法进行载体机动性补偿,得到的姿态信息对GPS信号失锁不敏感,避免了传统GPS/INS组合方式在无GPS辅助时由于MEMS器件精度低而导致的姿态误差快速、无限增长的问题,而且运算量小,适合在微小型系统上实现.跑车试验表明,该新组合算法与传统GPS/INS组合相比,姿态精度略有下降,但远好于未作机动性补偿的MEMS微惯性器件的姿态测量算法.     

基于实时测量系统的误差离散值修正方法

在测量系统中，采用误差修正，将大大提高测量精度。在动态实时测量系统中，误差实时修正是实现高精度动态测量的重要手段。本文提出了误差离散值修正方法，较好地解决了误差修正精度和修正速度的矛盾，并具有实时性，易于实现。通过一应用实例，证明了其较好的修正效果．     

基于MEMS陀螺仪和加速度计的自适应姿态测量算法

针对MEMS陀螺仪以及加速度计传感器单独测姿时,传感器数据中存在复杂噪声和测量误差导致测量得不到最优姿态角的问题,设计了一种基于MEMS陀螺仪和加速度计的自适应姿态测量算法.算法采用扩展卡尔曼滤波方法实现数据融合,并且在利用Allan方差估计MEMS陀螺动态噪声的同时,加入了遗忘因子和限定记忆的算法思想,从而实时地跟踪数据的量测噪声,实时修正角度估计误差,有效地提高了姿态测量系统的精度.实验结果表明,二者组合定姿可实现高精度的姿态测量,验证了算法良好的动态噪声抑制能力,提高了系统对环境变化的适应性.     

基于六自由度振动台的车辆构架运动姿态测量

轨道几何动态检测是保障列车安全运营的重要手段，而车辆构架运动姿态测量结果的准确性直接影响到轨道几何动态检测的可靠性。为提高车辆构架运动姿态检测的准确性，提出了一种基于六自由度振动台的构架运动姿态测量方法。在模拟构架上施加不同的激励信号，利用安装测点布置位置上的4个三轴加速度计采集加速度信号，通过快速傅里叶变换的频域积分方法和基于位移数据的姿态计算算法，将加速度信号转化为模拟构架几何中心的位移及转角，并以六自由度振动台的输入信号作为标准，开展构架姿态测量方法的验证试验，结果表明构架姿态测量算法的横向位移、垂向位移、侧滚、摇头中误差分别小于0.04 mm, 0.03 mm, 0.05°,0.03°。     

数字式油量测量系统飞行试验研究

数字式油量测量系统是飞机燃油测量系统发展的必然趋势。建立一种基于电容式传感器的试飞方法,对某型飞机油量测量系统进行飞行试验研究。本文的飞行试验结果可以应用到飞机燃油测量系统的实时姿态误差修正,修正燃油计算机软件,对数字式油量测量系统的研制和发展具有实际意义和应用价值。     

光纤陀螺姿态系统信号处理方案

光纤陀螺输出信号中存在较大的高频噪声，这降低了光纤陀螺姿态系统的解算精度。为此对信号进行多重积分，求取一个计算周期内载体姿态变化的旋转矢量表达式，从而得到一种新的信号处理方法，并讨论了其工程实现方案。仿真表明，与传统四元数算法比较，该方法在解算系统姿态的同时，能够较好地平滑噪声的影响。