【摘 要】
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全球卫星定位系统（Global Position System,GPS）可以为载体提供三维空间位置、姿态角等信息,在航空航天、军事等领域应用广泛。现今,长基线测姿算法的研究已经十分成熟。然而,随着测姿应用范围不断扩大,在某些应用场景中,长基线测姿算法无法适用,如小型无人机、机器人和小尺寸通信天线等,因此超短基线的测姿算法具有较高的研究价值。本文针对超短基线测姿精度不高且稳定性差的问题,深入研究了基
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全球卫星定位系统（Global Position System,GPS）可以为载体提供三维空间位置、姿态角等信息,在航空航天、军事等领域应用广泛。现今,长基线测姿算法的研究已经十分成熟。然而,随着测姿应用范围不断扩大,在某些应用场景中,长基线测姿算法无法适用,如小型无人机、机器人和小尺寸通信天线等,因此超短基线的测姿算法具有较高的研究价值。本文针对超短基线测姿精度不高且稳定性差的问题,深入研究了基线解算算法与整周模糊度固定算法,本文的研究内容如下:首先,提出一种基于扩展卡尔曼粒子滤波（The Extended Kalman Particle Filter,EPF）的超短基线解算算法。该算法通过利用扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter,EKF）的均值与协方差来改善粒子滤波（Particle Filter,PF）的建议分布函数,避免粒子退化问题,提高了整周模糊度浮点解和基线浮点解的精度。为了提高整周模糊度的固定成功率,运用改进后的最小二乘模糊度去相关平差法（Least-squares Ambiguity Decorrelation Adjustment,LAMBDA）求解整周模糊度固定解,并利用整周模糊度固定解对基线浮点解进一步修正,求取高精度的基线固定解。然后,设计系统软件流程并利用Python编程语言实现上述理论算法。软件主要包括命令发送模块、数据解析模块、EPF算法模块和整周模糊度解算模块等。最后,利用诺瓦泰板卡搭建硬件测试环境并利用PC搭建Python软件测试验证平台。实验结果表明,当实际基线长度为20cm时,静态情况下,本文解算的航向角、俯仰角和基线长度平均误差分别为0.54°、1.02°和0.31cm,标准差分别为0.46°、1.05°和0.22cm;动态情况下,本文解算的航向角、俯仰角和基线长度平均误差分别为1.19°、3.72°和0.64cm,标准差分别为0.89°、2.98°和0.57cm。综上可得,本文所提算法具有较高的准确性和稳定性。
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