[發(fā)明專利]一種雙天線GPS測(cè)姿方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710421258.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106990424B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙瑞莉;張治中;鄧炳光;李琳瀟;李慧敏;謝松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶重郵匯測(cè)通信技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/44
• 分類號(hào): G01S19/44;G01S19/55
• 代理公司: 重慶乾乙律師事務(wù)所 50235
• 代理人: 侯懋琪

1.一種雙天線GPS測(cè)姿方法，其特征在于，在測(cè)姿載體上呈幾何分布設(shè)置兩個(gè)GPS信號(hào)接收天線且對(duì)應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)，采用GPS系統(tǒng)3R定位法確定天線Ⅰ的位置坐標(biāo)，將天線Ⅰ的位置坐標(biāo)定為概略坐標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行修正，確定整周模糊度的值，然后，解算天線Ⅱ的位置坐標(biāo)，最后，根據(jù)定位出的天線Ⅰ的位置坐標(biāo)和天線Ⅱ的位置坐標(biāo)確定測(cè)姿載體的偏航角和俯仰角，即進(jìn)行測(cè)姿載體的姿態(tài)角解算；包括以下步驟：

S1、在測(cè)姿載體上呈幾何分布設(shè)置兩個(gè)GPS信號(hào)接收天線且對(duì)應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)，即天線Ⅰ和天線Ⅱ，接收機(jī)Ⅰ和接收機(jī)Ⅱ；

S2、利用GPS系統(tǒng)3R定位法確定天線Ⅰ的位置坐標(biāo)；

S3、將天線Ⅰ的位置坐標(biāo)設(shè)定為概略坐標(biāo)，根據(jù)偽距線性誤差方程對(duì)天線Ⅰ的位置坐標(biāo)進(jìn)行修正；

S4、根據(jù)天線Ⅰ與天線Ⅱ之間的基線長(zhǎng)度與載波波長(zhǎng)的關(guān)系確定整周模糊度搜索范圍，再進(jìn)一步確定整周模糊度的值；

S5、將修正后的天線Ⅰ的位置坐標(biāo)作為天線Ⅱ位置坐標(biāo)的概略坐標(biāo)，根據(jù)雙差，最小二乘法定位出天線Ⅱ的位置坐標(biāo)；

S6、根據(jù)定位出的天線Ⅰ的位置坐標(biāo)和天線Ⅱ位置坐標(biāo)確定測(cè)姿載體的偏航角和俯仰角，即進(jìn)行測(cè)姿載體的姿態(tài)角解算；

其中，所述步驟S4中，根據(jù)天線Ⅰ與天線Ⅱ之間的基線長(zhǎng)度與載波波長(zhǎng)的關(guān)系確定整周模糊度搜索范圍，再進(jìn)一步確定整周模糊度的值，包括，設(shè)在時(shí)刻t，接收機(jī)Ⅰ和接收機(jī)Ⅱ同步觀測(cè)到衛(wèi)星j，得到兩個(gè)載波觀測(cè)方程；

式中，是接收機(jī)Ⅰ和接收機(jī)Ⅱ與衛(wèi)星j的載波觀測(cè)差值，是接收機(jī)Ⅰ和接收機(jī)Ⅱ與衛(wèi)星j的偽距差值，Δt₁₂(t)是兩接收機(jī)的鐘差，為兩接收機(jī)與衛(wèi)星j的整周模糊度差值；單差后可以消除衛(wèi)星的鐘差、大部分的對(duì)流層和電離層誤差，剩余的只是接收機(jī)的鐘差和未消除的多路徑誤差；

再讓接收機(jī)Ⅰ和接收機(jī)Ⅱ同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星k，將再次得到的單差方程與上面的公式進(jìn)行作差，得到的雙差方程如下公式：

式中，表示雙差運(yùn)算，表示載波雙差觀測(cè)值的小數(shù)部分,為天線Ⅰ和天線Ⅱ到衛(wèi)星j和衛(wèi)星k之間真實(shí)距離的雙差值，為雙差整周模糊度，為雙差載波相位觀測(cè)噪聲；在短基線定向中可以表示為：為天線Ⅰ和天線Ⅱ所構(gòu)成的基線矢量，和分別是接收機(jī)到衛(wèi)星j和k的單位矢量，其中，衛(wèi)星k為參考衛(wèi)星；

由此得到：

由于天線Ⅰ和天線Ⅱ之間的基線長(zhǎng)度小于載波波長(zhǎng)的1/2，得出：

對(duì)進(jìn)行取整，使得整周模糊度的搜索范圍大大降低，將上面取整得到的整數(shù)值分別帶入式中，求得基線長(zhǎng)度最接近實(shí)際基線長(zhǎng)度的整周模糊度值，該值即為整周模糊度的值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙天線GPS測(cè)姿方法，其特征在于，所述步驟S2中利用GPS系統(tǒng)3R定位法確定天線Ⅰ的位置坐標(biāo)，包括，通過(guò)空間中三顆衛(wèi)星為原點(diǎn)以各自到接收機(jī)Ⅰ的距離為半徑得到三個(gè)球面的相交點(diǎn)，確定天線Ⅰ位置坐標(biāo)在空間中的位置；設(shè)天線Ⅰ利用到達(dá)時(shí)間分別測(cè)定GPS系統(tǒng)中的三顆衛(wèi)星S₁、S₂和S₃到天線Ⅰ位置的分別距離為P₁、P₂和P₃；天線Ⅰ的接收機(jī)Ⅰ利用導(dǎo)航電文計(jì)算得到S₁、S₂和S₃三顆衛(wèi)星的位置分別為(x¹,y¹,z¹),(x²,y²,z²)和(x³,y³,z³)；根據(jù)距離交匯法求解天線Ⅰ三維坐標(biāo)的觀測(cè)方程為：

其中，(x,y,z)為天線Ⅰ的坐標(biāo)位置；根據(jù)上式解算出的天線Ⅰ位置坐標(biāo)為(x₁,y₁,z₁)。