GNSS定姿技術發展綜述

楊潔 王新龍 陳鼎 李群生

摘要：GNSS定姿技術是利用GNSS接收機接收到信號的載波相位來實現載體姿態的測量與確定，是GNSS應用的一個新領域，具有低成本、高精度、無漂移、易于安裝等優點，目前已經成為各國爭相發展與研究的關鍵技術之一。因此，本文詳細闡述了GNSS的各種定姿方法，對其關鍵技術整周模糊度確定與周跳檢測與修復等進行了深入分析。最后，展望了GNSS定姿技術的發展趨勢。

關鍵詞：GNSS;姿態確定;整周模糊度;周跳檢測與修復

中圖分類號：TJ765.1;V249.32+8文獻標識碼：A文章編號：1673-5048（2018）06-0016-10[SQ0]

0引言

全球導航衛星系統（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）目前已經廣泛應用于定位、導航、授時、測地等各種領域，而利用GNSS信號對載體姿態進行測量是GNSS應用的一個新領域[1]。GNSS定姿基于載波相位干涉測量原理，利用載波相位差分量測信息解算出基線矢量，并結合各天線的安裝關系，進而確定出載體的姿態信息。GNSS定姿方法具有精度高、成本低、體積小、功耗低、無誤差積累等優點，隨著全球導航衛星系統的快速發展，利用GNSS信號實現對載體姿態的測量越來越受到學者們的重視[2]。

可用于定姿的GNSS觀測量包括偽碼觀測量與載波相位觀測量兩種，精度較差的偽碼觀測量無法滿足精密定姿需求，因此GNSS定姿需要借助高精度的載波相位觀測量。利用GNSS確定姿態的構想是在1976年由Spinney針對GPS提出的，該技術的關鍵在于載波相位的準確測量和整周模糊度的正確解算[3]。GPS發展早期，由于接收機硬件動態實時性差、整周模糊度不能很好解決，從而限制了GNSS姿態測量的實際應用[4]。但隨著GNSS技術的不斷進步，接收機對載波相位測量的精度和穩定性越來越高，而且隨著各種快速整周模糊度解算方法和GNSS姿態確定算法的提出，GNSS定姿技術已取得長足的進展。

國外在相關技術研究領域起步較早，1988年前蘇聯人Kruczynski進行了首次實時姿態確定試驗，同年美國Trimble公司研制的接收機在美海軍Yorktown號導彈巡洋艦上進行了試驗，首次驗證了GPS能給低、中動態運載體提供姿態信息[5]。1990年德國攝影測量學家阿克曼教授在遙感飛機上架設3副以上的GPS微帶天線，測量得到姿態角精度為0.017°[6]。1993年RADCAL（RadarCalibration）衛星搭載斯坦福大學Parkinson等人設計的四天線接收機首次使用GPS對空間飛行器姿態進行測量，其數據經地面處理后定姿精度達到0.3°[7]。1994年亞特蘭蒂斯號航天飛機在第66次航天飛行任務中釋放了一顆名為Crista-SPAS的衛星，星上裝有經過改造的Trimble公司的TANSVECTOR接收機，這是首次使用星載GPS接收機確定姿態[8]。目前已商業化的產品有Ashtech的3DF系統、Novatel的Beeline以及Trimble的TANSVECTOR和MS860等，精度能達到0.03°～0.5°（1σ）[9-10]。

而國內對GNSS定姿系統的研究仍處于起步階段，一些學者和研究人員利用輸出載波測量信息的GPS接收板或整機進行二次開發，構建了定姿系統樣機。靳文瑞等人采用兩塊SuperStarⅡOEM（OriginalEquipmentManufacturer）板和一塊PC104板（主頻300MHz）搭建了GPS定姿系統，其中，單差算法解算得到航向角誤差標準差為0.1°，俯仰角誤差標準差為0.2°（基線長度為2m）;雙差算法航向角誤差標準差為0.11°，俯仰角誤差標準差為0.23°（基線長度為2.88m）[11]。王永泉等人則采用三塊NovAtel公司的單頻SuperStarⅡOEM板和研華的PCM-5825板、PC104板設計了一種GPS/GLONASS多天線姿態測量系統原理樣機，結果表明：在2m基線長度下，姿態測量系統的偏航角、俯仰角和橫滾角的精度均達到了0.1°（1σ）[12]。胡國輝、范勝林等人采用Ashtech的GG24OEM板、PC/104586工控機等構成高精度定姿系統，方位精度達到0.052°（RMS）[13-14]。王銀華等人針對靜態基線情況，利用自行編制的軟件對Ashtech的ADU2定姿接收機所采集的載波相位數據進行了處理，結果表明：利用1m基線觀測1h左右偏航角精度可達0.01°[15]。劉根友等人利用JAVAD雙頻GPS接收機進行了靜基線定姿試驗，并采用動態數據處理方法，定姿誤差為偏航0.003°、俯仰0.007°、橫滾0.027°（航向基線38.636m）[16]。總體而言，國內GNSS定姿技術與國外先進水平相比還有很大差距。

近年來，隨著GNSS定姿技術的不斷發展，利用GNSS信號進行姿態測量已經成為當前姿態測量的主要手段之一。基于此，本文對GNSS定姿方法、關鍵技術和發展趨勢等問題進行了分析。

1GNSS定姿原理

GNSS定姿方法基于載波相位信號干涉測量原理，通過配置至少三個非共線接收天線，構成至少兩條非共線基線矢量，利用載波相位差分量測信息確定各基線矢量在導航參考坐標系下的指向，并結合各天線在載體坐標系下的安裝關系，進而確定出載體相對導航參考系的姿態[17]。

1.1載波相位干涉測量原理

2.1GNSS單歷元定姿方法

GNSS單歷元定姿方法就是根據單個歷元的多天線測量信息完成整周模糊度的實時解算進而實現單歷元實時姿態確定，其流程框圖如圖2所示。

定姿。但是該方法面臨的最大困難就是單歷元的可用觀測信息不足，當只利用載波相位觀測信息時，整周模糊度和基線矢量的同時確定會使觀測方程面臨虧秩問題，無法給出唯一解[21]。所以該方法需要利用更多的可用觀測信息才能實現真正意義上的單歷元定姿，根據所用輔助信息的不同又可將單歷元定姿方法分為以下三類：

（1）利用偽碼觀測信息的單歷元定姿方法

利用偽碼觀測信息的單歷元定姿方法借助測量精度較差的偽碼觀測量（這里指粗碼）來解決觀測方程虧秩問題，碼觀測量不含未知整周數問題，所以它的加入不會帶來未知數的增加[22]。但碼觀測量的低精度會造成單歷元觀測方程可靠性下降，使得整周模糊度解算成功率不高，進而造成定姿精度下降的后果。

（2）利用多頻信息的單歷元定姿方法

隨著擁有三個及以上載波頻率的GNSS逐漸成為新的發展趨勢，多頻觀測量的組合受到了更廣泛的關注。利用多頻信息的單歷元定姿方法借助多頻載波相位觀測量來增加觀測信息的冗余度，通過多頻載波相位測量值的線性組合可以組成波長更長的超寬巷、寬巷組合測量值，并結合碼測量值進行逐級模糊度的確定，進而完成單歷元定姿。這種方法在求解整周模糊度的過程中無需復雜的搜索過程，運算流程簡單，但是對觀測信息精度要求較高，否則求解成功率將大大降低，甚至產生錯誤的姿態導航信息[23]。另外多頻接收機的使用造成定姿成本增加也是一般用戶需要考慮的問題。

（3）利用共線基線信息的單歷元定姿方法

利用共線基線信息的單歷元定姿方法需要將三天線共線配置成一條基線，通過這種方式可以提供更多的約束信息，用以簡化整周模糊度的固定。每條基線向量不再單純由兩個天線構成，通過合理配置共線三天線的相對位置，直接或間接構造出長度小于半個載波波長的“短基線”，這樣便消除了“短基線”模糊度的影響[24-25]。通過共線長短基線間的長度關系可以確定出“長基線”的模糊度進而實現單歷元定姿。“短基線”可以消除模糊度影響，而“長基線”受測量誤差的影響更小，定姿精度更高，這種方法融合長短基線各自優勢，通過長短基線間的共線定長約束實現快速定姿。但這種方法的缺點除了增加硬件成本、對共線安裝要求高之外，“短基線”矢量的確定受測量誤差影響較大，會導致“長基線”模糊度確定成功率不高，進而影響定姿精度。

單歷元定姿方法的最大優勢就是不受周跳的影響，尤其適合動態實時定姿場合，但單歷元的整周模糊度求解成功率較低，可靠性難以保證，仍是當前的研究熱點和難點之一。

2.2GNSS多歷元定姿方法

GNSS多歷元定姿方法就是根據多個歷元的多天線測量信息完成整周模糊度的解算并實現姿態確定，其結構圖如圖3所示。

積分多普勒建立了載波鎖定后各歷元整周模糊度間的聯系，通過聯立多個歷元觀測方程，在增加觀測信息的同時并未引起待求解未知數的增加。這樣不僅可以解決單歷元載波相位觀測方程的虧秩問題，而且與GNSS單歷元定姿方法相比，GNSS多歷元定姿方法只利用高精度的載波相位觀測量，觀測方程的魯棒性大大提高，解算得到的初始歷元整周模糊度以及定姿結果也更加精確。

但是，GNSS多歷元定姿方法也有其不足之處，首先通過多個歷元的觀測信息才能確定初始歷元時刻的整周模糊度，顯然無法滿足實時定姿要求。其次，上述理論是建立在積分多普勒計數值正確，即接收機對載波持續鎖定的基礎上，而實際應用中，由于衛星信號被暫時阻擋或外界干擾等因素，經常引起衛星跟蹤的暫時中斷，這時積分多普勒可能發生錯誤，產生周跳現象。由于GNSS多歷元定姿算法需要借助周跳的檢測與修復技術，而該技術本身就具有一定的挑戰性，這也就加劇了GNSS多歷元定姿算法的復雜性。

3GNSS定姿關鍵技術分析

不論是單歷元定姿方法還是多歷元定姿方法，當利用載波相位觀測量進行姿態確定時，整周模糊度的求解都是其中的一個核心問題，只有在整周模糊度準確確定的前提下，載波相位觀測量的高精度才具有實際意義。此外，對于GNSS多歷元定姿方法來說，周跳檢測和修復技術是保證積分多普勒正確的前提，而只有積分多普勒正確計數才可以得到準確的初始整周模糊度。因此，快速準確地解算出整周模糊度是GNSS定姿中需要解決的關鍵問題之一，而周跳的檢測和修復是GNSS姿態確定中的另一重要環節。

3.1整周模糊度確定算法

整周模糊度的正確解算是利用載波相位觀測量實現GNSS精密定姿的保障，而整周模糊度解算的實時性又是制約GNSS實時定姿的關鍵，因此快速準確的整周模糊度求解算法一直是研究的重點。目前，基于GNSS定姿應用的整周模糊度求解算法主要有對模糊度空間進行搜索的算法和基于多頻觀測線性組合的逐級模糊度確定算法兩類。

3.1.1對模糊度空間進行搜索的算法

對模糊度空間進行搜索的算法，其基本流程為：模糊度估計→模糊度搜索→模糊度固定，其數學本質為帶有二次約束條件的整數最小二乘搜索[26]。整周模糊度解算的依據是載波相位差分方程，方程中模糊度和基線矢量均為未知參數，但模糊度具有整數特性，而基線矢量又有長度、夾角等先驗約束，因此對模糊度空間進行搜索是解算整周模糊度的一種有效方法。不同的搜索算法主要聚焦如何減小模糊度搜索空間以提高搜索的實時性，其中，最小二乘降相關平差法LAMBDA（LeastSquaresAmbiguityDecorrelationAdjustment）對模糊度實時解算技術起到了革命性的影響，經過不斷研究形成了較為完備的理論體系，現已成為模糊度解算的主要方法之一[27-31]。

LAMBDA算法基于整數高斯變換將模糊度重新參數化，并對原始模糊度協方差陣及搜索空間進行變換，使得變換后的協方差陣接近對角化狀態，這樣置信橢球球形化可使模糊度參數標準偏差變小，最后結合約束條件進行最小二乘搜索。該算法可以實現模糊度的高效準確搜索，是因為其采用了對搜索空間同時進行變換和分層的思想，從而極大地提高了變換后模糊度參數的搜索效率與成功率;并且由于高斯變換保持了正逆變化的整數性，當確定了重新參數化后的模糊度待定值后，原始模糊度參數也會很容易得到。

LAMBDA算法已成為世界公認的理論最嚴密、成功率最高的方法，并在實踐中形成了一個和CholeskyLDL分解相結合的搜索方法，具有較高的搜索效率和可靠性。但是，LAMBDA算法的成功率依賴于初始的模糊度浮點解，只能將高精度的浮點解準確映射到整數解[32]。而只利用單個歷元的觀測信息很難得到高精度浮點解，因此該算法往往需要利用多個歷元的載波相位觀測信息才能獲得高精度浮點解，這將導致初始化時間過長，無法滿足實時定姿需求。

總體而言，對模糊度空間搜索的算法還有待進一步發展和完善。模糊度估計和搜索環節可以利用其他輔助信息進一步提高模糊度浮點解精度并加速模糊度搜索效率，其中如何發掘并充分利用各種約束條件以及如何融合其他導航方式得到的有效信息，是一個具有重要研究價值的問題。而模糊度固定環節從理論上講還是一個尚未完全解決的問題，由于無法對各種測量誤差進行準確建模，幾乎所有的模糊度求解算法都基于觀測無偏、觀測噪聲服從高斯分布的假設，通過假設檢驗的方法進行模糊度固定。這樣做顯然與實際測量誤差不符，會對模糊度固定造成不利影響。

3.1.2基于多頻觀測線性組合的逐級模糊度確定算法

逐級模糊度確定算法（CAR）基于寬巷測量值的整周模糊度比窄巷測量值更容易確定的事實，通過對多頻測量值進行線性組合而產生一系列不同拍頻波長的組合測量值，然后沿著從最寬巷到最窄巷組合的順序逐級求解出所有組合中的整周模糊度。這種算法無需搜索，計算簡單，可實現模糊度的單歷元解算。

逐級模糊度確定的思想起源于利用偽距的整周模糊度取整估算法，通過比較平滑偽距與載波相位觀測值的差別就可以獲得模糊度的實值估計[33]。但由于碼觀測誤差方差和載波相位觀測誤差方差相差懸殊，所以解算成功率很低。而雙頻觀測量的線性組合可以形成波長更長的寬巷組合測量值，這樣觀測方程殘差項對求解模糊度的影響就會相對減小，從而對寬巷組合的整周模糊度確定更為有利。其中，比較典型的算法是雙頻P碼偽距法，通過使用P碼先解算寬巷模糊度，然后求解L1和L2模糊度，實現單歷元解算模糊度[34]。當然這種算法需要雙頻接收機通過交叉互相關技術提取調制在L1和L2載波上的P碼，同時恢復出純凈的載波，技術復雜性和成本相比于其他模糊度解算方法要高很多。

隨著三頻以上的GNSS成為衛星導航系統的發展趨勢，更多可用的載波頻率可以形成等效波長更長的頻率組合，將為快速可靠的模糊度解算提供更多機會。TCAR（ThreeCarrierAmbiguityResolution）法通過三頻載波信號的線性組合來逐級確定整周模糊度[35]。雖然可視為LAMBDA算法的特殊情況，但無需復雜的搜索過程，求解速度快[36]。另外TCAR本身是一種幾何無關算法，具有幾何無關算法的諸多優點：整周模糊度確定可與基線矢量求解分離，因而模糊度求解精度不受幾何誤差影響;求解方程有更多的自由度，因而更利于驗證模糊度求解的正確性[37]。

逐級模糊度確定算法中每一步模糊度的求解成功率都會對最終的結果產生至關重要的影響，而每步模糊度確定的成功率受組合相位觀測值的等效波長和測量誤差比值大小的影響，比值越大模糊度解算成功率越高。但TCAR法的寬巷及基礎頻段的等效波長與測量誤差比值較小，使得TCAR法對觀測信息精度要求較高，否則寬巷及基礎頻段的整周模糊度求解成功率將大大降低。

基于多頻載波相位觀測量的逐級模糊度確定算法是實現單歷元整周模糊度求解的有效途徑，這種方法不受幾何誤差影響，操作簡單靈活。但該方法對載波相位測量精度要求高，實際解算中成功率較低，因而對該類算法的研究主要集中在如何提高算法可靠性的問題上。隨著GNSS的不斷發展，載波跟蹤的誤差不斷減小，這種方法將會在GNSS單歷元實時定姿中發揮更重要的作用。

3.2周跳檢測與修復方法

周跳是指GNSS接收機對載波相位跟蹤不連續而使積分多普勒出現錯誤的現象。一般來說，將產生周跳的原因分為三類：第一類是GNSS信號被障礙物遮擋而暫時中斷;第二類是由于接收機故障導致的不正確的信號處理，比如儀器線路的瞬間故障使本地信號無法和接收信號混頻產生差頻信號，或雖然產生了差頻信號但無法正確計數;第三類是由于外界環境干擾使載波跟蹤環路無法鎖定信號而引起信號的暫時失鎖，比如惡劣的電離層狀況、強烈的多路徑干擾、載體的高速運動或較低的衛星仰角[38]。

周跳會嚴重干擾整周模糊度固定和基線矢量求解，進而影響姿態參數的解算精度。當檢測出發生周跳時，可以采取兩種補救措施：一種是重新初始化;另一種就是周跳修復。顯然后者可以在周跳頻繁發生的情況下保持定姿的連續性，因此周跳檢測與修復是GNSS多歷元定姿的關鍵技術。

由于碼相位和多普勒頻移不存在周跳，將相同歷元的不同觀測值進行組合可以構造特定的虛擬觀測值，所以周跳檢測與修復的基本思想是借助GNSS接收機所提供的多種觀測信息間的相互關系來檢測出積分多普勒的異常情況并進行修復。將滿足動態實時定姿需求的周跳檢測與修復方法根據所用觀測信息不同分為三類：第一類方法基于多普勒頻率測量信息;第二類方法只利用多頻載波相位信息;第三類方法基于單頻或多頻碼和載波相位信息，下面對每種方法的特點進行簡要分析。

3.2.1基于多普勒頻率測量信息的方法

基于多普勒頻率測量信息的周跳檢測與修復方法的基本思想是認為多普勒頻率的測量不受周跳的影響，這樣就可以通過多普勒頻率來對載波相位的測量進行預測[39]。這種方法不受鐘差和星站距離的影響，不僅可以檢測是否有周跳發生還可以直接確定發生周跳的數值用于修復。但是這種方法也有其局限性，首先其基于多普勒頻率的漂移為常值，即載體運動加速度為常值的假設，實際應用環境不一定符合這種假設，此外這種方法只能用來檢測較大的周跳值，因此對周跳的修復不是很準確。

3.2.2基于多頻載波相位觀測信息的方法

基于多頻載波相位觀測信息的周跳檢測與修復方法由于只利用多頻載波相位觀測信息，又被稱為無幾何相位組合法，其中比較有代表性的是電離層殘差法[40]。這種方法利用雙頻載波相位觀測信息構建電離層殘差組合，該殘差組合在歷元間差分后主要與電離層活動水平以及噪聲水平有關。由于只使用精度較高的載波相位觀測值，該組合測量值的噪聲很小，且不受鐘差項影響，可以實現小周跳的檢測與修復。這種方法同樣與衛地幾何距離無關，可用于動態、非差觀測值的周跳檢測。但是該方法也有其自身缺陷：一是在采樣間隔較大或電離層異常活躍條件下，精度會受較大影響;二是由于雙頻觀測量存在不敏感周跳組合，當兩頻率同時發生特殊周跳后，會出現漏檢現象;三是無法確定單個載波頻率上的周跳值[41]。

隨著三頻衛星導航系統的發展，利用三頻載波相位觀測信息進行周跳檢測與修復得到了更多的關注。這是因為三頻觀測量能形成具有更長波長、更小噪聲、更小電離層影響等優良特性的組合觀測量，有利于提高周跳檢測與修復的精度[42]。然而由于基于三頻載波相位的組合觀測量只能形成兩個線性無關的無幾何相位組合觀測量，所以存在不敏感周跳組合的弊端無法消除，并且同樣無法確定單個載波頻率上的周跳值[43]。

3.2.3基于碼和載波相位觀測信息的方法

根據所用載波頻率數目的不同，基于碼和載波相位觀測信息的周跳檢測與修復方法又可分為單頻組合法、雙頻組合法和三頻組合法。

單頻碼/載波相位組合法通過單頻載波相位觀測值與偽距觀測值差分，不受星站距離的影響，簡單易行，適用于動態、非差數據的周跳檢測。但檢測能力與電離層活動水平、多徑效應和偽距噪聲水平關系較大，更適用于大周跳的檢測[44]。

雙頻碼/載波相位組合法中寬巷相位減窄巷偽距（M-W）組合法比較有代表性。M-W組合可以消除星站距離及電離層影響，僅受多路徑效應和接收機噪聲影響，所以適用范圍廣，可用于動態、非差觀測值的周跳檢測。同時，由于寬巷組合波長遠大于原始觀測值，因而更有利于檢測周跳，并且可以檢測小周跳。但無法區分周跳發生的頻率，檢測和修復精度受偽距噪聲影響較大[45]。

三頻碼/載波相位組合法隨著三頻載波技術的發展逐漸成為研究的熱點，通過利用碼相位觀測信息，可以構造三個線性無關的碼/載波相位組合觀測量，從而克服無幾何相位組合法存在不敏感周跳組合的弊端，并且可以確定單個載波頻率上的周跳值[46-47]。但該方法的周跳檢測和修復精度受數據采樣率和偽距觀測噪聲影響，如何能檢測并修復失鎖時間較長的周跳需做進一步研究[48]。

雖然單歷元定姿技術無需進行周跳的檢測和修復工作，但GNSS姿態測量尚無法真正實現單歷元模糊度解算，因此周跳的檢測與修復技術仍具有重要意義。幾何相位組合法只利用載波相位觀測信息，周跳檢測與修復的精度高;而碼/載波相位組合法不存在不敏感周跳組合，兩種方法的結合可以實現優勢互補，是目前研究的熱點之一。

4GNSS定姿技術發展趨勢

隨著GNSS定姿技術的不斷成熟，小型化、低成本、高精度、高可靠性和快速實時的GNSS定姿系統將會成為未來的發展方向。目前商品化的GPS定姿接收機已經推向市場，相關技術的研究正如火如荼，GNSS作為一種新的包含定姿功能的全能導航敏感器，將會得到越來越廣泛的應用。可以預見GNSS定姿技術將具有以下發展趨勢：

（1）GNSS觀測量的誤差進一步降低。測量誤差是影響定姿精度的決定性因素，受到整個GNSS產業發展水平的限制，隨著GNSS系統的不斷完善，各類測量誤差將會不斷減小。隨著接收機、天線等關鍵設計技術的不斷提高，對各種誤差更加精確建模并予以補償，以及硬件制造水平的飛速發展，將會使GNSS觀測精度進一步提高，使得GNSS單歷元定姿的精度和可靠性進一步提升。

（2）GNSS定姿的完好性亟待深入研究。如果沒有性能可靠的GNSS完好性監測環節，那么GNSS只能處于輔助導航的地位，因此除定姿精度之外，GNSS定姿的完好性是備受關注的又一重大問題[49-50]。而目前國內外針對GNSS完好性監測和性能增強技術存在一些弱點和盲點問題。在實際應用中，姿態測量結果經常被不良衛星信號影響，因此，GNSS定姿的完好性監測十分必要。可以預見，基于概率空間統一模型體系研究、系統完好性評估、在強干擾和惡劣環境條件下的多學科交叉的完好性研究將會是未來的發展方向[51]。

（3）GNSS多系統兼容共用將是未來發展趨勢。隨著GPS的現代化、GLONASS的復興、北斗和Galileo的建成與完善以及各類增強系統和區域系統的補充，多星座衛星導航系統的融合將會顯著改善單星座系統在可靠性、精度、完好性方面的不足。特別是多頻載波信號的復用將會使信息冗余度大大提高，推動整周模糊度解算和周跳檢測與修復等GNSS定姿關鍵技術的發展，進而實現單歷元實時定姿。

（4）多源異質信息的融合也將會進一步提升GNSS的定姿性能。多源異質信息的融合通過對不同來源數據的綜合處理，可以得到比單一數據來源更加全面和準確的結果。隨著導航方式的不斷豐富與發展，多源異質信息的融合將是導航領域永恒的發展趨勢。通過與其他姿態傳感器測量信息的深度融合，將會對整周模糊度的快速準確解算提供重要的輔助信息，并進一步彌補GNSS定姿系統易受干擾和信息輸出率低的缺陷，提高GNSS定姿系統的定姿精度和可靠性。

（5）小型化、低成本的GNSS定姿設備將會受到市場青睞。近年來，能提供載波相位信息的GPSOEM板正快速發展，相較于專用定姿系統，低成本的OEM板適合構建嵌入式定姿系統，方便靈活，可以滿足各類用戶不同需求。隨著硬件制造水平的不斷升級和系統算法的不斷改進，價格低廉、配置靈活、信息輸出率高的GNSS精密定姿系統將會受到市場的青睞，成為重要的定姿產品。

5結束語

GNSS定姿技術具有低成本、高精度、無漂移、易于安裝等顯著優勢，可應用于衛星、航天器、飛機、無人機、船舶、汽車等高動態載體，已成為載體姿態確定領域的研究熱點之一。整周模糊度的單歷元可靠解算是實現GNSS動態實時定姿的關鍵，而周跳的檢測和修復技術是GNSS多歷元定姿的重要保障，這兩項關鍵技術已成為國內外爭相研究的焦點。隨著多頻GNSS系統的不斷發展和硬件制造水平的飛速提升，基于多模多頻的GNSS定姿技術將在精度、實時性與魯棒性等方面不斷改進，其必將成為未來導航領域中一個重要的發展方向，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]秦紅磊，陳萬通，黃金，等.不同信號體制對GNSS定姿性能影響的分析[J].哈爾濱工業大學學報，2012，44（1）：126-131.

QinHonglei，ChenWantong，HuangJin，etal.PerformanceAnalysisforGNSSBasedAttitudeDeterminationunderDifferentSignalStructure[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology，2012，44（1）：126-131.（inChinese）

[2]ZiebartM，CrossP.LEOGPSAttitudeDeterminationAlgorithmforaMicroSatelliteUsingBoomArmDeployedAntennas[J].GPSSolutions，2003，6（4）：242-256.

[3]SpinneyVW.ApplicationsofGlobalPositioningSystemasanAttitudeReferenceforNearEarthUsers[C]∥IONNationalAerospaceMeeting，NavalAirDevelopmentCenter，Warminster，PA，1976.

[4]田湘.GPS多基線姿態系統研究與實現[D].南京：南京航空航天大學，2007.

TianXiang.ResearchonMultiBaselineAttitudeSystemofGPS[D].Nanjing：NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2007.（inChinese）

[5]KruczynskiLR，LiPC，EvansAG，etal.UsingGPStoDetermineVehicleAttitudeUSSYorktownTestResults[C]∥Proceedingsofthe2ndInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation，ColoradoSprings，CO，1989：163-171.

[6]張貴明.SAR衛星GPS軌道和姿態測量技術研究[D].成都：電子科技大學，2001.

ZhangGuiming.StudyonAutonomousOrbitandAttitudeDeterminationforSARSpacecraftBasedonGPS[D].Chengdu：UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina，2001.（inChinese）

[7]劉志儉.GPS載波相位差分技術、捷聯慣性導航系統初始對準技術及其組合技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2003.

LiuZhijian.ResearchonCarrierPhaseDifferentialGPS，InitialAlignmentofStrapdownInertialNavigationSystemandTheirCombination[D].Changsha：NationalUniversityofDefenseTechnology，2003.（inChinese）

[8]孫寶祥，黎涌，高益軍.GPS自主定姿定軌技術在新一代大型靜止軌道衛星上的應用[J].航天控制，1999（3）：20-25.

SunBaoxiang，LiYong，GaoYijun.ApplicationofGPSBasedAutonomousAttitudeandOrbitDeterminationTechniqueintheNextGenerationofGEOSatellites[J].AerospaceControl，1999（3）：20-25.（inChinese）

[9]3DF24ChannelGPSMeasurementSystem[M].Houston：AshtechInc.，1991.

[10]WilsonGJ，TonnemacherJD.ATrimbleNavigationGPSAttitudeDeterminationSystem[C]∥Proceedingsofthe5thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation，Washington，1992.

[11]靳文瑞，翟傳潤，戰興群，等.基于模糊度函數法的艦船航向測量方法[J].中國造船，2008，49（b10）：145-151.

JinWenrui，ZhaiChuanrun，ZhanXingqun，etal.ShipHeadingDeterminationApproachBasedonAmbiguityFunctionMethod[J].ShipbuildingofChina，2008，49（b10）：145-151.（inChinese）

[12]王永泉.長航時高動態條件下GPS/GLONASS姿態測量研究[D].上海：上海交通大學，2008.

WangYongquan.ResearchonGPS/GLONASSAttitudeDeterminationunderLongEnduranceandHighDynamicCondition[D].Shanghai：ShanghaiJiaoTongUniversity，2008.（inChinese）

[13]胡國輝，范勝林，袁信.GPS定位定向系統的研究[J].宇航學報，2000，21（4）：111-116.

HuGuohui，FanShenglin，YuanXin.ResearchofGPSPositioningandHeadingSystem[J].JournalofAstronautics，2000，21（4）：111-116.（inChinese）

[14]范勝林，胡國輝，林雪原，等.GPS定位定向系統的研制[J].儀器儀表學報，2004，25（6）：820-824.

FanShenglin，HuGuohui，LinXueyuan，etal.DevelopmentonGPSPositioningandHeadingSystem[J].ChineseJournalofScientificInstrument，2004，25（6）：820-824.（inChinese）

[15]王銀華，胡小平.GPS精密定向研究的實驗[J].宇航學報，2001，22（1）：70-74.

WangYinhua，HuXiaoping.ExperimentonGPSBasedHighAccuracyAttitudeDetermination[J].JournalofAstronautics，2001，22（1）：70-74.（inChinese）

[16]劉根友，歐吉坤.GPS單歷元定向和測姿算法及其精度分析[J].武漢大學學報：信息科學版，2003，28（6）：732-735.

LiuGenyou，OuJikun.DeterminingAttitudewithSingleEpochGPSAlgorithmandItsPrecisionAnalysis[J].GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversity，2003，28（6）：732-735.（inChinese）

[17]吳美平，胡小平，逯亮清.衛星定向技術[M].2版.北京：國防工業出版社，2013.

WuMeiping，HuXiaoping，LuLiangqing.SatelliteOrientationTechnology[M].2nded.Beijing：NationalDefenseIndustryPress，2013.（inChinese）

[18]MisraP，EngeP.GlobalPositioningSystem：Signals，Measurements，andPerformance[M].Massachusetts：GangaJamunaPress，2011.

[19]謝鋼.GPS原理與接收機設計[M].北京：電子工業出版社，2009.

XieGang.PrinciplesofGPSandReceiverDesign[M].Beijing：PublishingHouseofElectronicsIndustry，2009.（inChinese）

[20]曲建銘，秦紅磊，金天，等.基于基線約束及遞推多歷元的改進GNSS定姿技術[J].解放軍理工大學學報：自然科學版，2014（5）：428-433.

QuJianming，QinHonglei，JinTian，etal.ImprovedAttitudeDeterminationTechniqueofGNSSBasedonBaselineConstraintandRecursiveMultipleEpoch[J].JournalofPLAUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceEdition，2014（5）：428-433.（inChinese）

[21]秦紅磊，陳萬通，金天，等.新的GPS單頻單歷元定姿算法[J].北京航空航天大學學報，2011，37（9）：1063-1069.

QinHonglei，ChenWantong，JinTian，etal.NewAttitudeDeterminationAlgorithmforSingleEpoch，SingleFrequencyUsingGPS[J].JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2011，37（9）：1063-1069.（inChinese）

[22]陳萬通，金天.一種基于GPS的單頻單歷元姿態解算算法[J].航空科學技術，2010（1）：25-29.

ChenWantong，JinTian.AGPSBasedAttitudeDeterminationAlgorithmforSingleEpoch，SingleFrequency[J].AeronauticalScience&Technology，2010（1）：25-29.（inChinese）

[23]楊迪，曾慶化，劉建業，等.GNSS定姿三頻整周模糊度算法[C]∥中國衛星導航學術年會，廣州，2012.

YangDi，ZengQinghua，LiuJianye，etal.AGNSSThreeCarrierAmbiguityResolution（TCAR）AlgorithmforAttitudeDetermination[C]∥ChinaSatelliteNavigationConference，Guangzhou，2012.（inChinese）

[24]ElMowafyA，SchwarzKP.EpochbyEpochAmbiguityResolutionforRealTimeAttitudeDeterminationUsingaGPSMultiantennaSystem[J].Navigation，1995，42（2）：391-408.

[25]鄭沖，吳杰，蔣勤學.雙星/GIS組合定位建模與仿真[J].空間科學學報，2003，23（3）：212-217.

ZhengChong，WuJie，JiangQinxue.ModelingandSimulationofIntegratedPositioningwithDoubleSatelliteandGIS[J].ChineseJournalofSpaceScience，2003，23（3）：212-217.（inChinese）

[26]ParkC，TeunissenPJG.IntegerLeastSquareswithQuadraticEqualityConstraintsandItsApplicationtoGNSSAttitudeDeterminationSystems[J].InternationalJournalofControlAutomation&Systems，2009，7（4）：566-576.

[27]TeunissenPJG.ANewMethodforFastCarrierPhaseAmbiguityEstimation[C]∥PositionLocationandNavigationSymposium，1994：562-573.

[28]JongePPD，TiberiusCCJM.OntheSpectrumoftheGPSDDAmbiguities[C]∥Proceedingsofthe7thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation，SaltLakeCity，UT，1994.

[29]TeunissenPJG.TheLeastSquaresAmbiguityDecorrelationAdjustment：AMethodforFastGPSIntegerAmbiguityEstimation[J].JournalofGeodesy，1995，70（1-2）：65-82.

[30]TeunissenPJG.AnAnalyticalStudyofAmbiguityDecorrelationUsingDualFrequencyCodeandCarrierPhase[J].JournalofGeodesy，1996，70（8）：515-528.

[31]TeunissenPJG，JongePPD，TiberiusCCJM.PerformanceoftheLAMBDAMethodforFastGPSAmbiguityResolution[J].Navigation，1997，44（3）：373-383.

[32]PerroneG，VallanA.GNSSGlobalNavigationSatelliteSystems[M].BerlinHeidelberg：Springer，2008：647-651.

[33]HatchR.TheSynergismofGPSCodeandCarrierMeasurements[C]∥Proceedingsofthe3rdInternationalGeodeticSymposiumonSatelliteDopplerPositioning，LasCruces，NM，1982：1213-1231.

[34]HatchR.InstantaneousAmbiguityResolution[M].BerlinHeidelberg：Springer，1991.

[35]ForssellB，MartinNeiraM，HarrisRA.CarrierPhaseAmbiguityResolutioninGNSS2[J].Proceedingsofthe10thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation，KansasCity，MO，1997：1727-1736.

[36]TeunissenPJG，JoostenP，TiberiusCCJM.AComparisionofTCAR，CIRandLAMBDAGNSSAmbiguityResolution[C]∥Proceedingsofthe15thInternationalTechnicalMeetingoftheSatelliteDivisionoftheInstituteofNavigation，Portland，Oregon，2003：2799-2808.

[37]HatchRR.MethodforUsingThreeGPSFrequenciestoResolveCarrierPhaseIntegerAmbiguities：US，6934632[P].2005.

[38]HofmannWellenhofB，LichteneggerH，CollinsJ.GlobalPositioningSystem：TheoryandPractice[J].EosTransactionsAmericanGeophysicalUnion，2013，82（33）：365.

[39]CannonME，SchwarzKP，WeiM，etal.AConsistencyTestofAirborneGPSUsingMultipleMonitorStations[J].BulletinGéodésique，1992，66（1）：2-11.

[40]GoadCC.PrecisePositioningwiththeGPS[M].BerlinHeidelberg：Springer，1987：17-30.

[41]BisnathSB，LangleyRB.AutomatedCycleSlipCorrectionofDualFrequencyKinematicGPSData[C]∥Proceedingsofthe47thAnnualConferenceoftheCanadianAeronauticsandSpaceInstitute，Ottawa，2000：121-125.

[42]FengYanming.GNSSThreeCarrierAmbiguityResolutionUsingIonosphereReducedVirtualSignals[J].JournalofGeodesy，2008，82（12）：847-862.

[43]黃令勇，宋力杰，王琰，等.北斗三頻無幾何相位組合周跳探測與修復[J].測繪學報，2012，41（5）：763-768.

HuangLingyong，SongLijie，WangYan，etal.BeiDouTripleFrequencyGeometryFreePhaseCombinationforCycleSlipDetectionandCorrection[J].ActaGeodaeticaetCartographicaSinica，2012，41（5）：763-768.（inChinese）

[44]何海波.高精度GPS動態測量及質量控制[D].鄭州：中國人民解放軍信息工程大學，2002.

HeHaibo.PreciseKinematicGPSSurveyingandQualityControl[D].Zhengzhou：PLAInformationEngineeringUniversity，2002.（inChinese）

[45]戚國賓.GNSS姿態測量關鍵技術研究[D].鄭州：中國人民解放軍信息工程大學，2015.

QiGuobin.ResearchonAttitudeDeterminationTechnologyUtilizingGlobalNavigationSatelliteSystem[D].Zhengzhou：PLAInformationEngineeringUniversity，2015.（inChinese）

[46]伍岳.第二代導航衛星系統多頻數據處理理論及應用[D].武漢：武漢大學，2005.

WuYue.TheTheoryandApplicationonMultiFrequencyDataProcessingofGNSS2[D].Wuhan：WuhanUniversity，2005.（inChinese）

[47]熊偉，伍岳，孫振冰，等.多頻數據組合在周跳探測和修復上的應用[J].武漢大學學報：信息科學版，2007，32（4）：319-322.

XiongWei，WuYue，SunZhenbing，etal.ApplicationofMultiFrequencyCombinationObservationinCycleSlipDetectionandRestoration[J].GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversity，2007，32（4）：319-322.（inChinese）

[48]李金龍，楊元喜，徐君毅，等.基于偽距相位組合實時探測與修復GNSS三頻非差觀測數據周跳[J].測繪學報，2011，40（6）：717-722.

LiJinlong，YangYuanxi，XuJunyi，etal.RealTimeCycleSlipDetectionandRepairBasedonCodePhaseCombinationsforGNSSTripleFrequencyUnDifferencedObservations[J].ActaGeodaeticaetCartographicaSinica，2011，40（6）：717-722.（inChinese）

[49]蘇先禮.GNSS完好性監測體系及輔助性能增強技術研究[D].上海：上海交通大學，2013.

SuXianli.TheResearchonGNSSIntegrityMonitoringTheoryandAssistedPerformanceEnhancementTechnique[D].Shanghai：ShanghaiJiaoTongUniversity，2013.（inChinese）

[50]劉文祥.衛星導航系統高精度處理與完好性監測技術研究[D].長沙：國防科學技術大學，2011.

LiuWenxiang.StudyonTechniquesofAccuracyAugmentingandIntegrityMonitoringforSatelliteBasedNavigationSystem[D].Changsha：NationalUniversityofDefenseTechnology，2011.（inChinese）

[51]徐肖豪，楊傳森，劉瑞華.GNSS用戶端自主完好性監測研究綜述[J].航空學報，2013，34（3）：451-463.

XuXiaohao，YangChuansen，LiuRuihua.ReviewandProspectofGNSSReceiverAutonomousIntegrityMonitoring[J].ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34（3）：451-463.（inChinese）