[發明專利]一種短基線下基于分級小型搜索空間添加的TCAR改進方法

有效

• 申請號: 201210009512.5
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102590843A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 楊迪;曾慶化;劉建業;孫永榮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/55
• 分類號: G01S19/55
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及基于一般性的三載波整周模糊度求解方案，針對方案中寬巷與L5頻段模糊度取整估計過程易出現誤差過大而遺漏正確解的問題，在此兩關鍵步驟中各加入小型模糊度搜索空間，并每步通過先驗天線配置信息，過濾錯誤結果，減少最終整體解算時間，最后由解算模糊度推導載體實時姿態。屬于衛星導航定位定姿領域。

背景技術

隨著衛星定位導航技術的發展，利用衛星觀測信號實現載體姿態實時解算技術因為其成本低廉、精度較高等優點，成為衛星導航定位定姿領域的研究重點。由于姿態求解對精度存在較高要求，衛星定姿過程中需要使用觀測噪聲小的載波相位作為觀測量運算，從而不可避免地遇到載波整周模糊度求解問題。因此，快速準確的整周模糊度求解方法對衛星定姿技術發展具有重要意義。國內外對整周模糊求解進行了諸多研究。Counselman提出模糊度函數法AFM(Ambiguity?Function?Method)，并由Remondi將其應用于GPS數據處理。這種方法基于初始值精度較高的前提，通過對幾分鐘觀測數據采取特定搜索策略，直接求點位的精確解，再反算出一組整周模糊度。Frei等人提出整周模糊度快速逼近法FARA(Fast?Ambiguity?Resolution?Approach)。它以統計理論為基礎，在某一估值的解空間內搜索一組方差和為最小的似然整周模糊度解集，并判斷其優于其他解集的顯著性。Tenuissen提出LAMBDA(Least-squares?Ambiguity?Decorrelation?Adjustment)方法，其主要特點是利用高斯整數變換去方差相關性來構造合適的搜索范圍，在保持精度的基礎上，減少搜索時間。以上整周模糊度解算方法用于實時動態姿態求解，運算量較大，求解時間較長。

Harris等人提出利用三頻整周模糊度求解(TCAR)方法，這一方法過程簡單，運算量小，但是需要三個頻段的載波觀測信息。而現代化的GPS系統、未來建成的GALILEO、GLONASS與北斗二代導航衛星系統都采用擁有多頻段的信號，使這一算法的實現應用成為可能。然而TCAR法仍存在一個較大問題，那就是整體的求解成功率較低，這將限制其在可靠性要求高的姿態求解方面的應用。

附錄文獻：

文獻1：劉建業，曾慶化，趙偉，熊智等.導航系統理論與應用[M].西安：西北工業大學出版社，2010.

文獻2：謝鋼.GPS原理與接收機設計[M].北京：電子工業出版社，2009.

文獻3：吳美平，胡小平.衛星定向技術[M].長沙，安徽大學出版社，2002.

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服傳統三頻整周模糊度求解方法(TCAR)求解成功率低的缺陷，提供了一種短基線下基于分級小型搜索空間添加的TCAR改進方法，該方法在傳統TCAR逐級逼近整周模糊度的后兩級過程中各加入一小型搜索空間和篩選步驟，保持運算時間較短的情況下，大大增加解算成功率。該發明適用于短基線下利用衛星信號對載體姿態進行實時解算過程。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種短基線下基于分級小型搜索空間添加的TCAR改進方法，包括如下步驟：

第一步：信息初始化，確定系統原始三段頻率信號頻率及波長，構造超寬巷、寬巷線性組合虛擬信號，獲取相應頻率及波長。

第二步：根據星歷信息與測碼偽距信息，推算載體粗坐標，通過遮蔽角篩選后，從可見衛星中以GDOP值最小為標準選取幾何構形理想的四顆衛星作為主星，并計算主星相對載體的觀測矢量；

第三步：選取基礎頻段主星對載體的測碼偽距值，對虛擬超寬巷信號波長進行整除取整，結合超寬巷載波相位觀測值，反推基于超寬巷信號的偽距值；

第四步：將第三步中獲取的偽距值，對虛擬寬巷信號波長進行整除取整，加入小型搜索空間，使寬巷整周模糊度值上下各存有差值為1浮動裕度，并結合先驗天線長度信息，剔除誤差超過三倍觀測噪聲標準差的寬巷整周模糊度組合，反推基于寬巷信號的偽距值；

第五步：將第四步中獲取的偽距值組合，對L5頻段信號波長整除取整，獲取相應整周模糊度備選值組合，并對所有相應組合的備選值再次添加上下差值各為1的小型搜索空間；

第六步：根據先驗天線長度與結構配置，遍歷篩選L5頻段整周模糊度組合，選取殘差最小的模糊度組合作為正確解算結果，并反推其余可見衛星整周模糊度，確定基礎頻段的天線單差模糊度；

第七步：根據基礎頻段的天線單差模糊度與其相應的單差載波相位觀測值，解算天線在慣性空間下的向量坐標，并通過慣性系到載體系的矩陣轉換，得到載體姿態信息。