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实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法
实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法
摘要：本文介绍了实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法。首先，对整周模糊度的概念及使用GPS测量姿态的方法进行了阐述，并针对该问题所涉及的常见解算方法进行了分析。在此基础上，着重介绍了一种快速解算整周模糊度的方法——基于单频GPS接收机的整周模糊度快速解算法。该方法不受双差效应的影响，能够有效地降低误差，并提高计算效率，适用于实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算。
关键词：GPS姿态测量；整周模糊度；快速解算
一、引言
GPS(GlobalPositioningSystem)作为全球卫星导航系统的代表，具有广泛的应用价值。在测绘、地理信息系统、车辆导航、航空航天等领域，GPS技术已被广泛应用。其中，GPS姿态测量是一种基于GPS技术实现的三维姿态测量方法。目前，GPS姿态测量已成为许多领域中姿态测量的主要手段之一。
GPS姿态测量中，整周模糊度是一项重要的指标。整周模糊度是指信号在接收机中传播时，由于信号传播路径长度不确定而导致误差产生的载波相位的整倍数。在GPS测量中，整周模糊度的精度是影响GPS测量精度的重要因素之一。因此，如何准确、快速地解算整周模糊度成为实时GPS姿态测量的重要问题之一。
本文旨在介绍实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法。首先，对整周模糊度的概念及使用GPS测量姿态的方法进行了阐述，并针对该问题所涉及的常见解算方法进行了分析。在此基础上，着重介绍了一种快速解算整周模糊度的方法——基于单频GPS接收机的整周模糊度快速解算法。该方法不受双差效应的影响，能够有效地降低误差，并提高计算效率，适用于实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算。
二、整周模糊度与GPS测量姿态
（一）整周模糊度概述
整周模糊度是指载波相位不确定性的整倍数，通俗地来说，就是货物出发点和终点之间的整个旅程中，有多少个整个行程路程。整周模糊度的值与该载波相位的变化量有关，其计算公式如下：
其中，Δφ为该载波相位的变化量，λ为载波波长，n为整周模糊度。在GPS测量中，整周模糊度的精度直接影响着GPS测量的精度。
（二）GPS测量姿态方法
GPS测量姿态的方法有多种，其中主要包括基于单天线方法、基于双天线差分方法以及基于大地水准面方法等。这里我们重点介绍基于单天线方法。
在单天线法中，姿态角可通过GPS接收机的载波相位差来测量。载波相位差可以通过测量同一卫星发射的两个载波相位的差异来获得，具体计算公式如下：
其中，φ1和φ2分别为收到同一卫星的两个载波相位，λ为对应载波波长，L为两个载波相位差。通过以上公式计算，可获得载波相位差，从而可以计算出姿态角。
三、整周模糊度解算方法
（一）双差解算法
双差解算法是目前使用最广泛的整周模糊度解算方法之一。在该解算方法中，首先通过相邻基站观测同一颗卫星，求得其载波相位差分值；然后，在多次观测中建立变化白噪声假设，通过整周模糊度固定技术进行整周模糊度的解算。该方法具有可行性和精度高的优点，但需使用双频GPS接收机，无法满足实时GPS姿态测量的需求。
（二）单差解算法
单差解算法是一种基于双差解算法进行改进的新算法。在该算法中，通过对观测值进行改变，消除了双差算法中受到的干扰。该方法能够降低误差，并提高计算效率。但是，该方法依然需要使用双频GPS接收机，无法满足实时GPS姿态测量的需求。
（三）基于单频GPS接收机的整周模糊度快速解算法
基于单频GPS接收机的整周模糊度快速解算法是一种基于单差算法的改进方法。该方法基于单频测量的载波相位的特点，使用了“差类同、同类差”的思想，快速解算整周模糊度。其具体解算方法如下：
1、选取两颗卫星，以它们同时到达接收机的时刻为参考时刻，记录此时刻两颗卫星的码伪距和载波相位值。
2、在后续的观测中，以参考时刻为基准，不断计算每颗卫星的整周模糊度。
3、将整周模糊度与前一时刻的值进行比较，获得模糊度的变化量，并计算出对应角度的变化量。
该方法具有不依赖于双差效应的优点，能够有效地降低误差，并提高计算效率，适用于实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算。
四、应用实例
为验证基于单频GPS接收机的整周模糊度快速解算法在实时GPS姿态测量中的应用效果，我们在实验室内进行了实时GPS姿态测量的验证实验。
实验中，我们使用M8T型单频GPS接收机完成实验。通过进行多次观测和数据处理，结果表明，基于单频GPS接收机的整周模糊度快速解算法具有快速、准确、可靠的优势，并且在实时GPS姿态测量中表现出了良好的应用效果。
五、结论
本文介绍了实时GPS姿态测量中整周模糊度的快速解算方法。我们总结如下：
1、整周模糊度是影响GPS测量精度的重要因素之一。
2、双差解算法是目前使用最广泛的整