范胜林[1]2001年在《GPS姿态及定向系统的研究与实现》文中提出本文对GPS姿态及定向系统的理论与工程实现进行了深入的研究。 整周模糊度的解算是GPS姿态及定向系统的关键技术之一。本文根据GPS姿态及定向系统的特点，对常规Kalman滤波算法进行了改进。在此基础上提出了两种整周模糊度解算方法---基于寻优法的综合整周模糊度搜索算法和基于整数高斯变换的整周模糊度快速解算方法。这两种方法均能在较短时间内解算出模糊度。为进一步缩短模糊度解算时间，提出了利用基线长度、基于QR分解的整周模糊度解算方法，该方法适用于基线较短的情况。针对地面上运动载体的应用情况，提出了一种卫星失锁时整周模糊度的快速恢复算法。 周跳检测及修复是GPS姿态及定向系统的另一关键技术，本文基于故障检测的原理，分别提出了基于双差载波相位观测量的周跳检测修复方法和基于改进的叁差观测量的周跳检测修复方法，两种方法均能在动态情况下检测并修复周跳，大大减少了GPS姿态及定向系统重新初始化的次数。 采用Jupiter GPS OEM板研制了低成本GPS姿态系统样机，采用Allstar GPS OEM板和GG24 GPS OEM板研制了两套高精度GPS定向系统工程样机，完成了叁套系统的硬件和软件设计，并通过实验验证了系统的性能。
刘子杨[2]2013年在《基于GPS的车载定位定向系统研究》文中研究指明基于GPS的车载定位定向系统,以GPS载波相位相对定位技术为核心。因为其高精度实时的定位定向能力,得到了国内外广泛的研究。本文主要研究了以NAVCOMnct-2100双频GPS接收机和科思PC/104工控机CS2247搭载VxWorks操作系统为基础平台的车载GPS定位定向系统。通过对系统的整体分析和设计,研究了车载GPS定位定向系统中的一些关键问题。本文首先介绍了GPS绝对定位和载波相位相对定位原理,以GPS载波相位双差方程为基础,重点阐述了基于双天线短基线载波相位测量进行车辆定位定向的解算方法。其次,设计了适用于车载GPS定位定向系统的总体算法流程,并分析研究了数据采集及预处理、载波相位周跳探测与修复以及整周模糊度解算的问题和解决方案。在数据采集及预处理部分,分析了本文使用的NAVCOM nct-2100双频接收机的信号结构,并采用二进制数据格式实现了数据的采集和可视卫星位置解算的预处理工作。接着,结合车载应用的实际情况,构建起整个车载GPS定位定向系统的软硬件设计平台。系统硬件设计部分以电源模块和基于科思CS2247和VxWorks操作系统的嵌入式软硬件平台的数据处理模块为主。嵌入式系统设计重点分析了嵌入式操作系统VxWorks的开发流程以及在串口上的应用,并通过C语言编程实现整个系统的设计和开发。对本文提出的算法进行大量充分的试验,验证了算法可以有效进行周跳探测与修复并快速正确求解整周模糊度,以实现实时高精度定位定向。最后对整个研究工作进行总结,并明确今后需要继续研究的方向。
刘永彪[3]2011年在《基于GPS双天线的定向研究》文中研究指明随着美国GPS系统的形成和完善,全球卫星导航系统的发展,极大推动了许多其它学科的发展,如测量学、天文学、气象学等。而GPS定向测姿技术是近年来一个热门研究的方向,技术越来越成熟,被广泛的应用在航空、航海和车载等领域,可以提供全天候实时的导航和姿态服务信息,在实际中有很强的应用价值。本文介绍国内外GPS定向测姿技术的研究概况、应用前景和发展趋势；解算出观测卫星的坐标,给出了不同坐标系的转换方法；编写JAVA程序,提取观测文件中用于计算的数据；阐述了利用载波相位测量技术进行定向测姿的基本原理,研究分析了载波相位测量的差分数学模型；对测量进行了误差分析,提出相应的减弱或消除各项误差的种种措施；针对定向测姿中的关键技术,也是难点问题：整周模糊度的解算,进行了详细讨论分析,并根据GPS双天线(单条短基线且长度已知),推导了整周模糊度值的解算范围,利用双频GPS接收机,成功进行模糊度的解算,用实测数据进行了验算,实际验证了该解算方法,并讨论分析了误差等问题。
叶修松[4]2010年在《机载激光水深探测技术基础及数据处理方法研究》文中提出机载激光水深探测技术是当今海洋测绘领域研究的热点与难点之一。虽然该技术的广阔应用前景早已引起人们的极大关注,且硬件设备在国外已相当成熟,有关探测系统集成方面的许多关键问题也已得到解决,诸多机构利用这种系统获得了大量的海上实测数据,并在很多领域得到具体的应用,但机载激光水深测量数据后处理技术在国际上仍处于研究发展阶段,还有许多难点问题有待研究解决。为此,本文围绕机载激光水深探测数据处理中的几项关键技术进行研究,取得的主要成果和创新点如下:(1)系统总结了机载激光水深测量技术的研究背景和发展概况,以及机载激光测深数据处理技术的发展现状,分四个阶段详细介绍了国内外机载激光测深技术的发展历程,指出了机载激光测深技术,特别是其中的数据处理技术面临的主要问题和挑战,进一步明确了本文的研究方向和目标。(2)在简要介绍机载激光测深系统组成和工作原理基础上,给出了机载激光水深测量计算模型和测深能力估算模型;全面细致地分析了机载激光测深信号传输的特点,提出了使用不变矩确定机载激光水深测量激光回波信号峰值位置的计算方法,同时采用平移矩的方法校正海底回波信号的偏移;通过采用高斯函数模拟海底的反射信号,研究探讨了海底反射信号振幅随光谱宽度控制参数变化的规律,建立了激光测深低通滤波器最佳截止频率与光谱控制参数的函数关系式,设计出了最优的激光回波信号滤波器,并利用海上试验数据具体实现了激光脉冲回波信号的有效识别和提取。(3)详细推导了动态差分GPS定位的计算模型,提出了将精密单点定位技术应用于机载激光测深定位定向的新思路,具体推导了精密单点定位的数学模型,给出了基于传统计算模型的PPP解算方法,提出了解决实际应用该方法几个关键问题的技术途径;提出了INS/GPS组合导航系统改进方案和惯性测量单元标定与传递对准方法。利用航空重力测量导航定位数据和国内外计算软件,对以上叁种定位定向技术的适用性和计算模型进行了比较充分的数值计算验证,得出了一些有益的结论,为下一步的工程化应用奠定了必要的技术基础。(4)根据脉冲式激光发射器的工作原理,给出了码盘周期和激光脉冲记录数据的处理方法;定义了各类传感器观测坐标系统,并确定了不同坐标系之间的转换关系,在此基础上,提出了激光测深、GPS定位、电子罗盘等多源观测数据的集成和同步处理方法;提出了通过求解反射镜法线及反射光线在各个平面的投影,确定海面及海底激光入射点坐标的计算方法,详细推导了海面激光入射点坐标的严密计算模型。通过仿真和实际观测数据计算分析,有效验证了上述各种处理方法的可行性和正确性。(5)详细分析了机载激光测深各类观测数据的误差源,从定性和定量两个方面探讨了各类误差源对激光测深成果的影响规律。具体分析了机载激光测深深度归算改正的叁种计算模型,得出了惯导辅助修正模型是叁种深度归算改正模型的首先方案。针对机载激光测深出现异常数据比较多的特点,提出了基于抗差M估计选权迭代法的异常数据检测方法,给出了异常数据检测的判别模型和计算流程。根据机载激光测深条带连接必须有部分重迭的要求,给出了机载激光测深数据系统偏差的趋势面模型,提出采用两步法解决机载激光测深数据中的系统偏差补偿问题,极大地简化了机载激光测深条带数据融合计算过程。(6)提出了采用单波束测深成果检核机载激光数据质量的技术方法和计算流程,并以我国自行研制的机载激光测深系统为例,给出了该系统在某海区试验数据的外部检核结果。针对两种测深手段之间明显存在系统性偏差的基本事实,提出了以单波束测深成果为控制,对机载激光测深数据系统偏差进行校正和补偿的精细化处理新方案。
吴向阳[5]2015年在《空地一体化快速成图关键技术研究与实现》文中认为国家各项经济建设离不开大中比例尺基础图件的支撑。随着新农村建设和新型城镇化进程的加快推进,各种地形图产品需求急速扩大带来的用图矛盾日益突出。目前,获取地形图产品主要来源于卫星遥感、传统航空摄影、新型低空遥感以及常规数字化测绘等技术手段。然而任何单一手段都有其应用的局限性,难以满足当前快速获取大中比例尺基础图件的实际需求。为此,本文提出了空地一体化快速成图的理论和方法,并对系统集成及软件开发中的关键技术展开研究。论文的主要工作内容及取得的成果如下：(1)空地一体化快速成图体系框架与业务流程的构建。从理论到技术两个层面,研究了空地一体化快速成图系统的体系结构和总体框架,梳理出系统集成所涉及到的关键技术和集成方向。在此基础上进行了系统集成的总体设计与分系统设计,为系统集成开发构建了明确的开发目标。本文还针对无人机航测成图与地面GPS/TS/FOG组合成图各自的技术流程特点,提出了支撑空地一体化快速成图的新型业务流程。(2)轻小型机载POS辅助空叁技术研究。根据轻型无人机平台的特点,开展了DGPS以及DGPS/IMU辅助空叁技术在无人机航测成图中的试验研究,提出了基于超轻型POS的一体化相机集成设计方案,为国内无人机用于1：500大比例尺成图提供技术支撑。结果表明：单纯的DGPS辅助空叁解算虽有较大的精度提高,但目前还不能直接替代全野外布点的方案,"A7R+AP15"为现阶段最优组合方案,可以有效解决单纯DGPS辅助空叁方案的不足,显着提高成图精度和成图效率。(3)研究了无人机影像高效压缩与快速显示技术方法。基于小波变换的图像数据压缩技术,研究了快速小波变换方法、嵌入式零树小波(即EZW)算法以及自适应算术编码算法,提出了基于影像分块压缩和动态导入的快速显示策略,开发了桌面版TIFF影像图压缩软件。测试表明：该软件能够满足不同压缩率下的大容量影像的压缩处理,在显示效率上以6×6分块数据为最高。3GB影像压缩后在嵌入式平台上显示速度达秒级,压缩容量提高了9倍。(4)地面GPS/TS/组合定位算法研究及精度分析。针对地面定位复杂环境以及GPS信号盲区严重影响测图的问题,在系统分析GPS单站差分下的RTK定位、网络差分下的RTK定位以及非差PPP定位叁种模式的基础上,提出了基于GPRS网络的GPS/TS组合定位构想,从理论上探讨了GPS辅助全站仪自由设站组合定位算法与坐标变换算法的可行性与实用性,从精度分析的角度论证了交会定点的最有利图形,实例计算结果得出与理论分析一致的结论。(5)光纤陀螺辅助全站仪自主定向算法研究及试验分析。为拓展全站仪定向功能,研究了基于全站仪高精度转位信息的FOG四位置寻北算法以及真方位角与坐标方位角的转换算法,推导了TS辅助下的FOG寻北误差抑制以及安装误差自动补偿数学模型。数值仿真与实验测试表明：对于精度为0.02°/h的光纤陀螺仪,单个位置寻北时间超过60s后,定向精度提高已经不太明显：四位置寻北整体精度优于±30”,为陀螺仪用于日常地形地籍测绘工作开辟了新的方向。
张丽娜[6]2008年在《精密单点定位技术在IMU/GPS辅助航空摄影中的应用研究》文中认为IMU/GPS(Inertial Measuremem Unit/Global Position System)辅助航空摄影技术可以直接获取像片的六个外方位元素,包括叁个线元素和叁个角元素,采用此技术进行航空摄影测量时可无需或只需极少数的地面控制点,对中小比例尺成图可不做空叁(大比例尺成图时也只需做自动空叁即可)直接进行定向,进而缩短航摄成图周期,节约成本。目前IMU/GPS辅助航空摄影测量技术中,GPS的数据处理主要采用差分GPS方法,DGPS技术不需要考虑复杂的误差模型,解算模型简单、待估参数少、定位精度高,因此被广泛应用在IMU/GPS辅助航空摄影中。但是随着IMU/GPS辅助航空摄影测量技术的日趋成熟,其缺点也日益显现。不足之处在于:作业时至少一台接收机置于基准站上进行连续观测,不仅影响了作业效率,还增加人力、物力和财力的投入;随着用户与基站距离的增加,对流层延迟、电离层延迟等误差的相关性减弱,其精度降低。精密单点定位技术的出现,为IMU/GPS辅助航空摄影提供了新的解决方案。目前国际GPS服务组织IGS所提供的精密星历和精密钟差的精度已经很高。随着接收机性能的不断改善,载波相位精度不断提高,以及大气改正模型和改正方法不断深入,为精密单点定位技术应用在IMU/GPS辅助航空摄影中提供了可能性。本文对精密单点定位技术和IMU/GPS辅助航空摄影测量技术的原理进行了系统性的论述,并结合具体的航摄摄区,分析了精密单点定位精度、IMU/PPP联合滤波的精度以及IMU/PPP辅助空中叁角测量的加密精度,对结果进行了分析,总结了IMU/PPP辅助航空摄影的技术流程。本文研究的主要内容包括:1.利用GrafNav 7.8GPS数据处理软件,实现PPP和DGPS的解算,并结合常规空中叁角测量的结果,分析了精密单点定位算法的解算精度;2.利用AEROoffice软件对GPS和IMU数据进行联合滤波处理,并通过检校场进行偏心分量与偏心角元素的改正,输出外方位元素。同样结合常规空中叁角测量的结果,分析检校前和检校后IMU/PPP联合滤波的精度;3.利用Geolord-AT(PBBA)软件进行加密检测实验,分析IMU/PPP辅助空中叁角测量的加密精度,并和IMU/DGPS辅助空中叁角测量的加密精度进行比较分析,得出结论;4.总结IMU/PPP辅助航空摄影的技术流程和实施方案。通过以上研究,得到以下的结论:与DGPS的解算结果相比,PPP的内符合精度略低。PPP和DGPS坐标值较差存在一定的系统差。IMU/PPP联合滤波后,与IMU/DGPS的较差同PPP和DGPS的较差一致,存在一定的系统较差。经检校改正后,IMU/PPP与IMU/DGPS的最终结果相当。通过加密实验表明,采用IMU/PPP辅助航空摄影,只需加入四角平高控制点即可满足1:10000成图比例尺的规范要求;若不用地面控制点,则不能满足相应规范要求。本文同时指出提高精密星历和精密钟差的解算时间是今后需要研究的一个方向;另外精密单点定位的非差组合模糊度不再具有整数特性,因此精密单点定位的质量控制显得尤为重要,也是今后需要研究的内容之一;动态条件下天顶对流层改正的方法有待于进一步的探索。本文的组织安排如下:第一章是绪论部分。介绍本文研究的意义,阐述了IMU/DGPS辅助航空摄影的发展及精密单点定位技术在国内外研究现状,介绍了近几年精密单点定位技术在航空摄影测量中的应用情况,并对本文的内容进行简要的说明;第二章对精密单点定位技术进行了介绍。通过对国内外相关资料的分析和整理,简要的说明了精密单点定位技术的参考系统,包括时间系统和坐标系统,并对分析、处理和整理精密星历和精密钟差成果的国际GPS服务机构进行了简单的介绍。最后从精密单点定位技术的原理出发,重点探索了精密单点定位的误差来源。第叁章介绍了IMU/GPS辅助航空摄影测量技术的原理。从IMU/GPS的系统构成出发,介绍IMU/GPS辅助航空摄影的方法及相关术语,重点介绍了IMU/GPS辅助航空摄影测量中的坐标系统及转角系统,并分析了各坐标系统及其之间的转换关系,通过坐标系统之间的转换求出摄影测量所需要的姿态角Phi,Omega和Kappa。最后对IMU/GPS系统原理和IMU/GPS辅助航空叁角测量原理做了详细说明。第四章以实际航摄项目为例,研究了PPP的精度,IMU/PPP联合滤波的精度以及IMU/PPP辅助航空叁角测量在无地面控制和角点控制下的加密精度。并总结了IMU/PPP辅助航空摄影的技术流程。第五章是对全文研究工作的总结,提出了总体的结论和建议,并对未来的研究工作提出了一些设想和展望。
陶敏[7]2007年在《地面车辆定位定向系统关键技术研究》文中指出自主车(ALV—Autonomous Land Vehicle)的定位定向系统是实现自主导航功能的前提与基础,其精度和可靠性关系到整个自主驾驶系统的性能。本文立足于提高车载定位定向系统的精确度和可靠性,从差分GPS系统(DGPS—Differential GPS)、航位推算(DR—Dead-reckoning)系统以及DGPS/DR组合叁个方面进行了定位定向研究,并进行了实车实验。论文在分析了车辆运动学特点的基础上,提出了基于差分GPS的定向方法,并通过实车数据仿真表明:在差分GPS信号接收较好的情况下,该方法能够给出高精度的定向结果。论文对航位推算系统中的传感器进行了较深入的研究。针对电子罗盘存在的初始偏差,本文利用改进型的RBF神经网络算法,以差分GPS的定向结果作为标准,对电子罗盘进行了标定,实验结果表明了标定后的电子罗盘输出精度有较大的提高;通过对两轮和四轮车辆运动学模型的分析,建立了基于ABS测速传感器的定位定向模型,并通过对模型误差分析进行了ABS测速传感器刻度因子的标定,实车实验表明了该模型能够得到高精度短时的定位定向结果;通过对车辆动力学模型的分析,提出了基于前轮摆角传感器的定向方法并对影响模型精度的因素进行了分析,实车数据仿真实验验证了本方法的可行性和有效性。论文利用卡尔曼滤波算法,建立了航位推算系统中角运动信息的融合模型以及线运动信息的滤波模型,综合航位推算系统中的多传感器信息,建立了融合角运动和线运动信息的卡尔曼滤波模型,实车数据仿真表明了卡尔曼滤波方法能够有效提高航位推算系统的定位定向精度。论文最后采用联合卡尔曼滤波方法对差分GPS和DR进行了定位定向信息融合,实车数据仿真实验表明,该方法能够有效提高车载定位定向系统的精度和可靠性。
伦兴荣[8]2012年在《基于北斗/GPS的无人机定向方法研究》文中研究表明全球卫星导航系统(GNSS)不仅能为载体提供位置、速度和时间等信息，并能运用相应的算法和数据处理技术，利用具有一定几何分布的多个卫星导航系统天线和接收机，实现载体的航向角实时测量。该测量方式不存在时间累积误差，测量结果长期稳定性十分优良。因此，基于全球卫星导航系统的定向技术是目前的一个研究热点。本课题以无人机对定向设备的需求为背景，研究利用“北斗”/GPS进行组合定向的方法，通过研究基于卫星导航系统的定向原理，结合“北斗”和GPS自身的特点，建立基于载波相位观测量和码伪距观测量的数据模型，并选择适当的模糊度搜索和确定算法，通过对基线矢量的变换和处理得到载体的航向角，实现“北斗”和GPS的组合定向。本文首先对国内外GPS定向系统及在无人机上的应用做了调研、分析和总结，然后分别深入研究了“北斗”/GPS双天线定向系统的坐标系统、载波相位航向测量的算法、整周模糊度的在航解算等方面的理论和技术问题，并对影响定向的结果进行了详细分析，研究了周跳的监测和修复算法。在上述理论研究的基础上，对“北斗”/GPS定向进行了算法仿真和实现，并利用实际接收的“北斗”卫星和GPS卫星数据进行测试和验证。测试结果表明，利用本课题的算法，通过“北斗”和GPS进行组合定向是可行的；并且相比于GPS定向模式，加入“北斗”的组合定向模式可以提高定向解算的成功率。
颜国军[9]2005年在《基于双天线的GPS姿态测定研究与实现》文中研究说明GPS姿态测量是近年来GPS应用研究的热点之一,技术也不断成熟,已经从理论走向了实用。在国内,应用GPS姿态测量的研究还处于起步阶段,进行GPS姿态测量的算法研究和测量系统的软、硬件设计,加速研制我国的GPS测姿系统势在必行。本文针对双天线GPS接收机的姿态测定进行了探讨,在应用GPS载波相位测量进行载体姿态测定的理论基础上,介绍了一种低成本、高灵活性的GPS测姿应用方法,即采用双天线分离的OEM板测定运动载体两维姿态的系统设计方法。本文首先讲解了GPS系统的原理与GPS接收机的各个功能单元,接着介绍了GPS载波相位测量基本原理及其在载体姿态测定中的应用,重点阐述了应用双天线载波相位测量解算载体姿态的差分模型算法。在此基础上应用加拿大CMC公司的两块SUPERSTARIIOEM板给出了系统软、硬件实现方案,系统采用单片机加DSP的主从设计模式,用C语言编写了卫星载波相位测量和星历参数等原始数据的接收、解算程序。最后通过PC姿态仿真程序对测得的卫星数据进行解算与仿真,得出了实验结果,结果表明该系统能够满足两维常规姿态测量要求。
李俊毅[10]2004年在《GPS姿态测量及相关技术的研究》文中认为随着DGPS技术的日臻成熟，利用GPS载波相位观测量进行姿态测量为GPS的应用开辟了一个新天地。目前GPS姿态测量接收机已经广泛应用于陆地、海洋等多个领域，利用GPS同时能提供实时导航和姿态测量服务，因而为大大降低空间应用领域的成本提供了巨大的潜力，于是美国和西欧的发达国家正在开展利用GPS实现航天器的自主导航、轨道确定和姿态测量一体化的研究。而目前在国内GPS姿态测量系统的研制和开发仍处于起步阶段。为适应国内对GPS姿态测量的需求，本文对利用GPS进行姿态测量进行了一系列研究。文中介绍国内外GPS姿态测量的进展概况、应用前景；阐述了利用载波相位进行姿态测量的基本原理，详细推导了姿态测量的数学模型，进行了误差分析，并提出减弱或消除各项误差的各种措施：针对GPS动态测量中的难点问题周跳和模糊度问题进行了详细讨论，并根据GPS姿念测量特殊优势(基线长度已知、基线长度很短，属于超短基线)，分别提出了适合GPS姿态测量的周跳检测与修复及整周模糊度搜索固定方法；在最后用实测数据进行验算，实际验证了新方法在模糊度固定和周跳检测上的效果；并对解算结果的精度进行了分析，并讨论了其原因。
参考文献：
[1]. GPS姿态及定向系统的研究与实现[D]. 范胜林. 南京航空航天大学. 2001
[2]. 基于GPS的车载定位定向系统研究[D]. 刘子杨. 南京理工大学. 2013
[3]. 基于GPS双天线的定向研究[D]. 刘永彪. 南昌大学. 2011
[4]. 机载激光水深探测技术基础及数据处理方法研究[D]. 叶修松. 解放军信息工程大学. 2010
[5]. 空地一体化快速成图关键技术研究与实现[D]. 吴向阳. 东南大学. 2015
[6]. 精密单点定位技术在IMU/GPS辅助航空摄影中的应用研究[D]. 张丽娜. 中国地质大学. 2008
[7]. 地面车辆定位定向系统关键技术研究[D]. 陶敏. 国防科学技术大学. 2007
[8]. 基于北斗/GPS的无人机定向方法研究[D]. 伦兴荣. 哈尔滨工业大学. 2012
[9]. 基于双天线的GPS姿态测定研究与实现[D]. 颜国军. 南京航空航天大学. 2005
[10]. GPS姿态测量及相关技术的研究[D]. 李俊毅. 解放军信息工程大学. 2004
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