利用 GPS 信号对载体的姿态进行测量是 GPS 应用的一个新领域。本文围绕利用GPS 载波相位信号确定运动载体姿态这一主题,重点研究了 GPS 姿态测量的理论及算法实现,并实现了一套姿态测量系统。 归纳了 GPS 姿态测量系统的三个主要环节:包括数据的采集与处理,整周模糊度的快速解算以及基线及姿态角的解算。总结了 GPS 姿态测量的关键技术:包括载波相位的测量、误差的消除以及模糊度的正确解算。设计了采用两个分离的 GPS 接收机的姿态测量系统,给出了整个系统的实现流程。 在数据采集与处理环节,采用二进制格式从接收机获得数据,并对从接收机接收到的原始数据进行解算,以获得姿态解算所需的数据:包括双差载波相位数据,接收机以及卫星在 WGS-84 地球坐标系下的坐标。 在整周模糊度的解算环节,针对 GPS 姿态测量的关键问题—整周模糊度的快速确定,在分析多种基于模糊域的求解方法基础上,归纳出模糊度解算的一般步骤,将解算过程分为初值估计和模糊度确定两个环节。确定在本研究中采用基于 KALMAN滤波的初值估计和基于 LAMBDA 的模糊度确定方法。LAMBDA 方法包括两个步骤,一是模糊度的去相关处理,二是模糊度的搜索确定。采用整数高斯变换对模糊度的搜索空间进行去相关处理,提出将整数规划中的分支定界方法替代穷举法运用于模糊度的搜索。 在载体基线及姿态解算环节,介绍了姿态解算所涉及的三种坐标系及其相互转换关系。对载体的姿态解算方法进行了研究,给出了系统姿态解算结果的误差估计方法。 对载体姿态解算三个主要环节的所有算法进行编程实现,并采用仿真数据进行验证。进而,在理论研究的基础上,以加拿大 NovAtel 公司的 SUPERSTAR 接收机为硬件基础,实现了 GPS 姿态测量系统,运用实测数据对系统的算法与软件进行了检验。