[發明專利]一種基于雙天線GPS的定位測姿方法

有效

• 申請號: 201710421244.0
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107272039B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 李小柳;鄧炳光;張治中;楊家信;陳鑫;康大軍
• 申請（專利權）人: 重慶重郵匯測通信技術有限公司
• 主分類號: G01S19/44
• 分類號: G01S19/44;G01S19/04
• 代理公司: 重慶乾乙律師事務所 50235
• 代理人: 侯懋琪

1.一種基于雙天線GPS的定位測姿方法，其特征在于，在剛性載體上呈幾何分布設置兩個GPS信號接收天線且對應設置兩臺接收機，使得兩個GPS信號接收天線構成了一個二維基線向量；利用兩個GPS信號接收天線的真實坐標值求得基線向量b_A,B；利用整周單差模糊度求得基線向量如果基線向量b_A,B和乘積的平方根值與基線向量真實長度的差的絕對值小于閾值ε₁，則采用基線向量b_A,B的坐標計算出剛性載體的二維坐標航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測姿；否則，重新求得基線向量b_A,B和直至滿足兩者乘積的平方根值與基線向量真實長度的差的絕對值小于閾值ε₁；所述基線向量真實長度是指兩個GPS信號接收天線構成的二維基線向量的長度的絕對值，可直接測量得到；所述閾值ε₁為基線向量真實長度的2％～5％；其中，所述利用兩個GPS信號接收天線的真實坐標值求得基線向量b_A,B，包括以下步驟：

S201、設接收機A的坐標為(X₁、Y₁、Z₁)且直接采用單點定位結果，接收機B的坐標為(X₂、Y₂、Z₂)且為待求量，接收機A與接收機B的距離很近，直接將已知的接收機A的坐標當做接收機B的概略坐標，(Δx、Δy、Δz)為接收機B的修正量；

S202、設有接收機A和接收機B于t時刻同時觀測到兩顆衛星，于是雙差載波相位觀測方程為：

為簡化運算，將式(2)簡化為下式(3)：

式(1)、(2)和(3)中，表示雙差運算，為表示載波雙差觀測值的小數部分，為距離的雙差，為雙差整周模糊度，為雙差載波相位觀測噪聲，表示對流層誤差，為電離層誤差；

S203、設有效衛星的個數為n，其中一顆作為雙差觀測的基本量，可得到n-1個雙差方程，對式(3)進行線性化處理，其雙差模式下的觀測方程都可以用下面的線性方程概括：

Y＝HX+λN+V (4)

式(4)中，H為觀測矩陣，即天線指向衛星的余弦參數差值，X為接收機Ⅱ的坐標修正量；Y為已知向量，由接收機Ⅰ及接收機Ⅱ概略坐標到衛星的距離雙差和載波觀測雙差值構成；λ為載波波長，N為雙差整周模糊度向量，V為觀測誤差噪聲向量；

S204、利用正余弦函數對2π整數倍的不敏感性，對航向角α、俯仰角β和整周模糊度定義自適應度函數F(β，α)，且分別對搜索結果獲得的浮點解的適應性進行評價，假設衛星的數量為n，將有n-1個雙差整周模糊度，適應度函數定義為；

式(5)中，F(β，α)為定義的適應度函數，為雙差整周模糊度浮點解；

正確姿態角的適應度函數取值最大值為1，在誤差很小的情況下，對于正確的姿態角α、β，浮點解應為整數或十分接近整數，適應度函數值十分接近于1；以此為原則將合適的浮點解四舍五入即可得到整周模糊度值；

S205、在確定整周模糊度值后，利用最小二乘估計方法得到天線Ⅱ真實坐標的修正值X：

X＝(H^T·H)^-1H^T·Y (6)

式(6)中，X為天線Ⅱ真實坐標的修正值，H表示觀測矩陣，Y為已知向量，由接收機Ⅰ及接收機Ⅱ概略坐標到衛星的距離雙差和載波觀測雙差值構成；

S206、根據天線Ⅱ真實坐標的修正值X，求得天線Ⅱ的真實坐標；利用兩天線的真實坐標值解算出基線向量的值b_A,B。