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1、摘 要 如今 GPS 系统已经广泛的应用于空中、陆地和海洋的定位与导航。GPS 以其全 球性、实时性、全天候连续、快速、高精度的导航/定位/授时功能，为全球用户提供 服务。利用 GPS 载波相位技术对载体进行定向和测姿的研究开辟了一个新的 GPS 应 用研究领域。本文针对双天线 GPS 接收机的载体姿态测定技术进行了探讨，在 GPS 载波相位测量载体姿态的理论基础上，设计了一种低成本、高灵活性的 GPS 测姿应 用系统。 本文首先讲解了 GPS 系统的原理，GPS 接收机的各个功能单元和 GPS 定位的基 本原理。接着介绍了 GPS 载波相位测量的基本原理，及其在载体姿态测定中的应用。 重点阐
2、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和快速求解整周模 糊度的新方法。在此基础上应用加拿大 NovAtel 公司的两块 OEMV-1 板卡和飞利浦 公司的 ARM7 芯片给出了系统软、硬件实现方案。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、解算程序以及模糊度求解算法后的处理程序。 最后通过姿态后处理程序对测得的卫星数据进行解算，得出了实验结果。结果表 明该系统能够满足二维常规姿态测量的要求并具有较高的解算精度。 关键词 GPS； 载波相位； 姿态测定； 整周模糊度； OEM； ARM Abstract Currently, the Global Positi
3、oning System (GPS hereafter) has been widely used in the air, land and marine positioning and navigation. GPS provides services for customers all around the world as its functions of navigation, positioning and timing with globalization, real time performance, all weather, fast speed and high precis
4、ion. The research of attitude determination explores a new area in GPS application by using GPS carrier phase measurement. Aiming at carrier attitude determination by the two-antenna GPS receiver, this thesis discusses the principle and designs a method to measure the carrier attitude by using two-a
5、ntenna, with lower cost and higher performance. This thesis firstly explains the theory of GPS system and the parts of GPS receiver. Secondly the article introduces the principle of determination carrier attitude using carrier phase, especially puts focus on the differential model algorithm using tw
6、o-antenna carrier phase and fast ambiguity resolution to compute the carrier attitude. Thirdly, it is put forward the implementation scheme of system software/hardware by using the NovAtel OEMV-1 receiver and the Philips ARM7 chip and the C language program is compiled to pick up the satellite carri
7、er phase data, ephemeris data and other data, which resolutes the ambiguity for data post processing. Finally, the attitude solution program is given to calculate the determination data. The experimental results demonstrate that the system meets the common required specifications and reaches a high
8、precision resolution. Keyword GPS; Carrier Phase; Attitude Determination; Integer Ambiguity; OEM; ARM 目 录 摘 要 .I Abstract.III 第 1 章 绪论.1 1.1 引言.1 1.2 国内外研究的现状及动态.2 1.3 课题的科学意义和应用前景.4 1.4 课题研究工作及论文主要内容.4 第 2 章 GPS 卫星导航定位系统 .5 2.1 GPS 概述.5 2.2 GPS 系统的组成.6 2.2.1 空间星座部分.6 2.2.2 地面监控部分.7 2.2.3 用户设备部分.8 2.3 GPS 接收机.9 2.3.1 GPS 信号接收机的主要单元 .9 2.3.2 GPS 接收机的工作原理 .10 2.4 参考坐标系.11 2.5 GPS 信号的基本结构.14 2.6 导航电文.15 2.7 本章小结.16 第 3 章 GPS 定位原理及相关技术 .17 3.1 利用到达时间测量值测距的原理.17 3.1.1 二维位置确定.17 3.1.2 通过多个球面
