全球定位系统(GPS)不仅可以实时、全天候地提供载体的位置、速度和lpps秒脉冲信号,而且利用载波相位差分原理,结合合理的天线布阵,可以实现载体的航向及姿态的测量。应用GPS测量姿态,不仅成本低,而且可以提供较高的精度,基本满足一般载体的需要,其最大特点是误差不随时间积累,是一种不依赖于精密机械技术的导航系统。从理论上讲,基线越长,姿态测量精度就越高。但是基线太长,在使用时,安装环境受到制约,同样也限制了系统的应用范围。而利用超短基线进行载体姿态测量,成为现在国内外在测姿领域的研究热点之一。 本文首先介绍了GPS测量应用中的各种时空坐标系统,以及GPS信号构成等基本知识。其次,在详细介绍了GPS载波相位双差相对定位的理论基础上,逐步引入GPS姿态测量系统的概念。在本文介绍的测姿方案中,采用价格便宜、体积小的GPS OEM板,结合超短基线的天线布阵方式,对船舶载体姿态测量应用方面进行了研究。其研究方向主要集中在该领域的超短基线定姿算法上,并利用现有试验条件进行了尝试,最终提出了一种改进的测姿算法。通过实验仿真,验证了该方案的可行性,并通过误差分析,提出了进一步改进意见。 目前,建立在相对定位基础上的GPS导航技术已经成熟,随着载波相位动态跟踪技术的发展,以此为基础的GPS测姿系统将逐渐显现出其巨大的潜力和优越性。特别是建立在超短基线的测姿系统,利用其体积小的优势,还将进入航天器定姿领域。因此,其应用前景是十分广阔的。