[發明專利]基于協同源波達信息的運動平臺姿態感知方法

有效

• 申請號: 201210483494.4
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102981177A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 陳廣東;王學孟;張凱;何敏
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/53
• 分類號: G01S19/53
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及一種運動平臺姿態感知方法，尤其涉及一種基于協同源波達信息的運動平臺姿態感知方法，屬于導航技術領域。

背景技術

運動平臺姿態信息大多從慣導傳感器融合其他信息獲取。目前使用的運動平臺姿態信息系統結構復雜，質量體積大，耗費能量，故障率高。而發展中的微型慣導姿態信息系統測量精度不高。

在某些航空航天應用領域對姿態導航有特殊的要求，如測量速度快，精度高，體積、質量、能耗小，抗大加速，抗輻射，抗極端溫度，抗震動等。這些要求使得航姿導航設備成本很高。

全球導航衛星系統目前包括GPS、GLONASS、北斗和GALILEO，衛星導航信號一般為碼分多址或頻分多址源，國內外都研究在地球衛星導航系統接收端，利用多點接收，三角計算的方法感知姿態。這類方法的缺點是體積大、精度低、系統復雜、速度慢，影響了該技術的推廣應用。衛星導航接收機收到的電磁波包含了多個衛星波達方向信息，這些信息與接收平臺姿態信息具有密切關聯性，由波達方向信息轉化為接收平臺姿態信息，信息的利用直接高效，不受飛行平臺姿態及其運動影響。傳統的波達方向估計需用平面陣列天線，這種天線就是多點接收信號。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有運動平臺姿態獲取技術的不足，提供一種基于協同源波達信息的運動平臺姿態感知方法。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

基于協同源波達信息的運動平臺姿態感知方法，包括以下步驟：步驟1、利用固定設置在所述運動平臺上的一個接收機接收N個不同導航信號源發射的信號，并估計出各導航信號源在運動平臺坐標系下的波達方向，N為大于等于2的整數；步驟2、根據所述N個不同導航信號源發出的通信承載信息確定地理坐標系下所述運動平臺的位置以及各導航信號源位置，計算出大地坐標系下各導航信號源的波達方向；步驟3、從所述N個不同導航信號源中選取兩個，根據運動平臺坐標系下這兩個導航信號源的波達方向計算出運動平臺坐標系到以這兩個波達方向所構建的兩交叉波達矢量結構坐標系的轉換矩陣；根據大地坐標系下這兩個導航信號源的波達方向矢量計算出所述兩交叉波達矢量結構坐標系到大地坐標系的轉換矩陣；進而得到運動平臺坐標系到大地坐標系的轉換矩陣，該轉換矩陣即為所述運動平臺的姿態矩陣。

為了充分利用多信號源的波達信息，從而進一步地提高姿態感知精度，當N的值大于2時，本發明方法還包括：

步驟4、對步驟3得到的運動平臺坐標系到大地坐標系的轉換矩陣中的參數進行反復微調，直到找出使波達誤差指標最小的一組參數，以該組參數所構成的運動平臺坐標系到大地坐標系的轉換矩陣作為所述運動平臺最終的姿態矩陣；所述波達誤差指標按照以下方法得到：

用當前的運動平臺坐標系到大地坐標系的轉換矩陣將步驟1中得到的各導航信號源在運動平臺坐標系下的波達方向轉換至大地坐標系下，并與步驟2中所得到的各導航信號源在大地坐標系下的波達方向比較，得到各導航信號源的波達方向誤差球面角方差，然后按照下式計算出波達誤差指標S：

S=Σi=1NwiMi,]]>

式中，M_i表示第i個導航信號源的波達方向誤差球面角方差，w_i為第i個導航信號源的權值。

相比現有技術，本發明具有以下有益效果：

1）利用現有全球導航衛星系統（目前包括GPS、GLONASS、北斗和GALILEO）導航信號，或測控信號，僅在接收端進行信號處理，就可實現對運動接收平臺航行姿態感知，可安裝在車輛、艦船、飛行器等平臺，使運動平臺增加了姿態測量功能，為智能化現代交通打下了基礎；

2）只需運動平臺單點接收，有別于需多點測量的三角計算法，系統可微型化，提高了導航信息利用率；

3）姿態測量動態范圍大，各方向測量性能一致，能與測控導航系統集成為一體，適宜微型飛行器（MAV，Micro?Air?Vehicles）使用；