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1、第22卷 第5期航 空 学 报Vol.22No.52001年 9月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICASep.2001文章编号:100026893(2001)0520415205基于预测滤波器的GPS姿态估计杨 静,张洪钺(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100083)ATTITUDEDETERMINATIONWITHGPSBASEDONPREDICTIVEFILTERYANGJing,ZHANGHong2yue(Faculty301,BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics,Bei
2、jing100083,China)摘 要:采用预测滤波器,利用全球定位系统的双差相位观测量实现载体姿态估计。该方法对初值的选取具有鲁棒性,可以在天线和可见星较少的情况下快速收敛到姿态精确解。仿真结果显示,该方法的姿态估计结果可以与基于非线性最小二乘的姿态估计结果相比拟,且受初值的影响小;采用双差相位测量比采用单差相位测量可以得到更佳的姿态估计效果;当使用三基线的天线阵时,在飞行机动较大的情况下采用近似正交布局的天线结构可以更好地估计姿态。关键词:全球定位系统;预测滤波器;姿态估计;载波相位差中图分类号:V249.3 文献标识码:AAbstract:Theattitudedet
3、erminationwithGlobalPositionSystem(GPS)canberealizedusingapredictivefilterbasedonthedoubledifferenceofthecarrierphase.Usingthedoubledifferenceofthecarrierphasetodeterminetheattitudeisbetterthanusingthesingle2difference,whichcanimproveaccuracyoftheattitudeestimate.Thisalgorithmisrobustwithresp
4、ecttoinitialconditionerrors.Itcanconvergetotrueattituderapidlyevenifthenumbersofbaselineandsightlinearefew.Thesimulationshowsthattheattitudeestimatebasedonthisalgorithmisalmostsimilartotheattitudeestimationbasedonthenonlinearleastsquarealgo2rithm,androbusttoinitialconditionerrors.Whenthreebas
5、elinesareused,duringthemaneuverofthevehi2cle,thebaselinesthatarenearlyorthogonalcanestimatetheattitudebetterthanotherframesofbaselines.Keywords:GlobalPositionSystem(GPS);predictivefilter;attitudedetermination;carrierphasedifferenceGPS的相位差测量为运载体姿态测定提供在非线性系统的预测滤波器基础上,利用一步预了一条新途径。由于采用载波相位差作为观测值,
6、测方法估计系统模型误差,通过状态方程传播得必须先确定正确的整周模糊度。才能计算姿态。到姿态估计。相比以往的姿态估计算法,该方法受关于如何确定整周模糊度的研究很多,如何快速初值的影响不大,即使在天线和可见星较少的情准确地估计姿态的问题日益得到了大家的重视。况下,也能收敛到姿态精确解。以往的姿态计算主要采用基于最小目标函数[1,2]1 预测滤波器寻优的方法。首先建立以姿态参数为变量的目标函数,再采用梯度下降法或非线性最小二乘法本节介绍在文献[3]基础上由文献[4]发展的使目标函数最小以得到最优或接近最优的姿态参一种预测滤波器算法。设一个非线性系统方程为õ数。该类方法实际上是一种静态滤
7、波方法,无须运X(t)=F[X(t),t]+G[X(t),t]D(t)(1a)载体的任何动态特性信息,也不需要运载体的噪Y(t)=C[X(t),t](1b)声统计特性和先前时刻的姿态估计,仅仅需要知pp其中:F∈R是模型向量;X(t)∈R是状态向量;道已知时刻的载波相位差测量,因此算法简单。但lp×lD(t)∈R是模型误差向量;G∈R是模型误差是该方法对测量噪声敏感,当某时刻由于噪声使mm扰动矩阵;C∈R是测量向量;Y(t)∈R是测量测量变得不可靠时,相应的姿态估计将产生错误。输
