[發明專利]基于載波相位差分的雙天線一體式定位定向系統及方法

有效

• 申請號: 201310299606.5
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN104297772B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 王紹新;莊國;陳建國;趙蘭保
• 申請（專利權）人: 成都國星通信有限公司
• 主分類號: G01S19/41
• 分類號: G01S19/41;G01S19/42
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及一種衛星導航定位定向系統，特別是涉及基于載波相位差分的雙天線一體式定位定向系統及方法。

背景技術

如何準確可靠地獲得被測物體的位置及方向，在建筑測量、土地測量、航空航海航測、陣地布防、炮兵測地、雷達通信、無人機控制等軍民應用領域中有著廣泛的需求和應用前景。

傳統的一般主要采用平臺羅經系統進行方向角度的測量，但該系統一般比較笨重，且可靠性不高，而且測量精度隨時間漂移；另外，其價格也比較高，限制了其廣泛應用。而高精度的測量設備，往往掌握在國外設備廠商手中，價格昂貴且不易獲得，在使用時初始定向時間過長，它的精度隨時間而變化，長時間工作會累積較大誤差。

使用經緯儀或天文測量法可精確獲得真北方向值，但是儀器較為笨重，測量要求復雜，計算相當繁瑣，定向效率不高，設備安裝、校正、讀數等都有可能帶來各種隨機誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種體積小、成本低，使用可靠的基于載波相位差分的雙天線一體式定位定向系統及方法，該系統定向精度高，無時間積累誤差，提高了系統穩定工作的時間；通過實時解算的方法完成差分解算，可在靜態或動態下獲得載體的位置和航向結果，首次定向時間短，實時性強。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：基于載波相位差分的雙天線一體式定位定向系統，它包括天線單元和主機單元，所述天線單元包括前天線、后天線、低噪聲放大器A和低噪聲放大器B，主機單元包括時鐘模塊、主處理單元、副處理單元、差分數據處理模塊和差分定向解算模塊，后天線通過低噪聲放大器B連接副處理單元，前天線通過低噪聲放大器A連接主處理單元，主處理單元和副處理單元的數據輸出端分別與差分數據處理模塊的數據輸入端相連，差分數據處理模塊通過差分定向解算模塊輸出定位、測速、定向結果。

主處理單元包括多頻射頻模塊A、基帶處理模塊A和定位解算模塊A，低噪聲放大器A的信號輸出端依次通過多頻射頻模塊A、基帶處理模塊A和定位解算模塊A與差分數據處理模塊的數據輸入端相連。

副處理單元包括多頻射頻模塊B、基帶處理模塊B和定位解算模塊B，低噪聲放大器B的信號輸出端依次通過多頻射頻模塊B、基帶處理模塊B和定位解算模塊B與差分數據處理模塊的數據輸入端相連。

所述的多頻射頻模塊A和多頻射頻模塊B均包括混頻器、濾波器、放大器和A/D轉換器，混頻器依次通過濾波器和放大器與A/D轉換器相連。

基于載波相位差分的雙天線一體式定位定向的方法，它包括如下步驟：

S1：前天線和后天線分別接收衛星導航信號，信號分別經低噪聲放大器A和低噪聲放大器B放大后進入北斗衛星接收主機單元；

S2：主機單元中有兩路單獨的處理單元，主處理單元和副處理單元，兩路單獨的處理單元分別對接收的射頻信號進行處理，完成定位；

S3：主處理單元和副處理單元分別將同步后的原始觀測量和定位結果通過通信串口傳送給差分數據處理模塊；

S4：主處理單元接收副處理單元的數據，聯合自身的原始觀測量數據和定位結果，進入差分定向解算模塊；

S5：差分定向解算模塊對輸入的數據進行差分定向解算，并輸出整機的定位、測速、定向結果。

所述主處理單元和副處理單元對射頻信號的處理均包括如下子步驟：

S21：射頻模塊對接收的信號依次進行下變頻、濾波、放大和A/D采樣處理后，送入基帶處理模塊；

S22：基帶處理模塊進行衛星信號的捕獲、跟蹤、載波恢復、電文解調和原始觀測量提取；

S23：處理后的導航電文信息和原始觀測量送入定位解算模塊進行定位解算，輸出定位、測速結果和鐘差信息。

所述的定位解算包括如下子步驟：

S231：定位解算模塊收到觀測量中斷消息后，剔除掉重復衛星和故障衛星的觀測數據；

S232：對觀測量和本地時間進行處理，計算出碼相位、載波相位和多普勒；

S233：讀取對應衛星的星歷、鐘差等參數信息，完成衛星位置和速度的解算；

S234：利用最小二乘法調用定位解算函數進行碼單點定位、測速解算；

S235：完成后輸出定位、測速結果及鐘差信息，利用鐘差信息對碼相位和載波相位進行時間同步，將有效差分數據發送給差分數據處理模塊。

所述的差分定向解算包括如下子步驟：

S51：讀取主處理單元和副處理單元差分數據的時間標記，如果時間同步，則進入S52；否則丟棄時間較晚的差分數據，繼續等待差分數據中斷；