[發明專利]面向時鐘同步多天線GNSS接收機的定向測姿方法

有效

• 申請號: 201510015460.6
• 申請日: 2015-01-13
• 公開（公告）號: CN104597471B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 董大南;陳雯;蔡苗苗;周鋒;夏俊晨;程明飛;余超;邱崧
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01S19/55
• 分類號: G01S19/55
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙)31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明涉及高精度定向測姿技術，尤其涉及一種面向時鐘同步多天線GNSS接收機的定向測姿方法。

背景技術

時鐘同步多天線GNSS(Global Navigation Satellite System，全球導航衛星系統)接收機于2008年大規模進入中國市場，代表性產品包括美國Trimble公司BD982雙頻雙天線接收機，歐洲Javad公司的TRIUMPH-4X一機4天線接收機，上海司南導航K528型號的GPS/北斗共用時鐘雙天線主機板以及東方聯星TOAS100D雙天線測向接收機。多天線接收機降低了接收機的成本，時鐘同步的實現為更高精度的導航應用提供了技術前提，未來有望取代或互補現行的中低檔慣性導航系統以及中低檔傾斜儀，具有廣闊的應用前景。

然而，目前市面上已有的產品并沒有充分發揮時鐘同步多天線GNSS接收機的所有優勢，在定向測姿算法上仍然沿襲了時鐘不同步的兩個接收機的短基線RTK、雙差算法，并沒有真正利用時鐘同步的優勢來提高精度和效率，而理論上時鐘同步設備利用單差即可同時消除衛星和接收機鐘差，因此可以改善參數相關性，利于快速固定模糊度。

發明內容

本發明面向時鐘同步多天線GNSS接收機提出一種高精度實時定向測姿方法，具有精度高、實時性和實用性強等優點。

本發明提出的面向時鐘同步多天線GNSS接收機的定向測姿方法，包括以下步驟：

步驟A：建立針對時鐘同步多天線GNSS接收機的高精度定向測姿模型，包括建立單差觀測方程；

步驟B：實時觀測載波相位及偽距，并以實時數據流的形式為所述高精度定向測姿模型提供數據源；

步驟C：確定待估參數和約束信息；

步驟D：監測與修復周跳，避免觀測值中存在周跳導致解算精度下降；

步驟E：通過估計基線矢量參數與浮點載波相位模糊度參數，固定部分或全部模糊度參數至整數值，實現分步模糊度固定和快速模糊度整數解的搜索，將已知的基線長度信息作為附加信息，在所述基線矢量參數解算的過程中作為偽觀測值約束所述基線矢量的解算精度；

步驟F：通過坐標系轉換，將所述基線矢量轉換至航向角和俯仰角輸出。

本發明提出的面向時鐘同步多天線GNSS接收機的定向測姿方法中，所述單差觀測方程的 建立包括以下步驟：

步驟A1：時鐘同步GNSS接收機單天線輸出的所述載波相位，其表達式如下：

式中，代表衛星j-天線i間的幾何距離，分別代表接收機i鐘差和衛星j鐘差，分別代表衛星j-天線i的大氣延遲、電離層延遲，分別代表接收機i的電纜延遲、接收機UPD(uncalibrated phase delay)延遲和衛星j-天線i的多路徑延遲，λ代表載波波長，c代表光速，代表衛星j-天線i的模糊度，ε代表測量噪聲；

步驟A2：針對雙天線觀測數據進行站間單差，假定不考慮多路徑效應，由于是短基線并采用時鐘同步GNSS接收機，消除了大氣延遲、電離層延遲和衛星鐘差等公共誤差的同時消除了接收機鐘差，所述單差觀測方程如下：

式中，Δρ^j代表衛星j-天線間幾何距離的差值；代表雙天線電纜延遲的差值；代表雙天線間UPD的差值；ΔN^j代表衛星j的基線模糊度參數；λ代表載波波長，ε代表測量噪聲。

步驟A3：線性化所述單差觀測方程，其表達式如下：

式中，代表衛星j-天線間距離差值的初始值，A代表待估基線參數的系數矩陣，ΔX代表待估基線參數，分別代表電纜延遲差值和UPD差值，ΔN^j代表待估基線模糊度參數，λ代表載波波長，ε代表測量噪聲；

由于兩項線性化后系數相同，且通常被認為是常數，因而可合并為一項，記作，因而上式可化簡為：

本發明提出的面向時鐘同步多天線GNSS接收機的定向測姿方法中，所述步驟E進一步包括以下步驟：

步驟E1：通過卡爾曼濾波計算所述基線矢量參數和所述模糊度參數的浮點解；

步驟E2：一定歷元后，選擇所述模糊度參數固定至整數值；固定準則表達如下：求解所有模糊度參數與最近整數值之間的差值(≥0)，對所有差值進行平均計算，選擇離均值最近的模糊度參數作為待固定模糊度參數，并記錄其最近整數值；

步驟E3：通過形成偽觀測值進行模糊度參數約束或固定；