[發明專利]一種基于慣性導航系統和雙天線GPS的定位測姿方法

有效

• 申請號: 201710573215.6
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107390250B
• 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;康大軍;陳鑫
• 申請（專利權）人: 重慶重郵匯測通信技術有限公司
• 主分類號: G01S19/55
• 分類號: G01S19/55;G01C21/16
• 代理公司: 重慶乾乙律師事務所 50235
• 代理人: 侯懋琪

本發明基于慣性導航系統和雙天線GPS的定位測姿方法，在載體上固定設置慣性導航系統INS和呈幾何分布的兩個GPS信號接收天線且對應設置兩臺接收機；將載波相位雙差觀測方程進行線性化處理，采用CLAMBDA算法利用約束條件求得整周模糊度a的最小二乘浮動解和基線向量b的估計值及其方差?協方差矩陣；同時，利用無約束的LAMBDA算法尋找一個最小二乘法估計解a_LLS，根據該估計解a_LLS與浮點解計算初始搜索空間大小，求得整周模糊度a；通過端點A和端點B的位置坐標和方向向量之間的關系，求解出載體的二維姿態信息。本發明的有益技術效果是減少了數據存儲空間，提高了整周模糊度的搜索效率，提高了系統的整體導航精度與性能。

技術領域

本發明涉及利用GPS衛星導航系統對載體進行姿態解算的方法，具體涉及到一種基于慣性導航系統和雙天線GPS的定位測姿方法。

背景技術

隨著科學技術的迅速發展，目前廣泛應用于航空、航天、航海和地面載體的導航系統多種多樣，存在各自的特點與優點，但同時也具有各自的缺陷。慣性導航系統(inertialnavigation system，INS)具有能夠不依賴外界信息，完全獨立自主地提供多種較高精度的導航參數的優點，具有抗電子輻射干擾、大機動飛行、隱蔽性好的特點。但是，慣性導航系統的檢測精度主要取決于慣性測量器件(陀螺儀和加速度計)，導航參數的誤差隨時間而累積，不適合長時間導航。GPS作為新型導航系統，能夠進行全球、全天候、實時導航，其定位誤差與時間無關，具有較高的定位和測速精度。但是，GPS的載體在做高動態的運動時，常使GPS接收機不易捕獲和跟蹤衛星載波信號，甚至產生周跳現象等。由此可見，GPS和INS具有優勢互補的特點。

發明內容

為解決現有技術慣性導航系統和GPS定位系統各自存在的檢測精度主要取決于慣性測量器件，不適合長時間導航及做高動態的運動時不易捕獲和跟蹤衛星載波信號等問題，本發明提出一種基于慣性導航系統和雙天線GPS的定位測姿方法。

本發明基于慣性導航系統和雙天線GPS的定位測姿方法，在載體上固定設置慣性導航系統INS和呈幾何分布的兩個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AB；將基線的端點A作為坐標原點且采用A點位置的GPS原始數據解算結果作為端點A的位置坐標；將載波相位雙差觀測方程進行線性化處理，采用CLAMBDA算法利用約束條件求得整周模糊度a的最小二乘浮點解和基線向量b的估計值及其方差-協方差矩陣；同時，利用無約束的LAMBDA算法尋找一個最小二乘法估計解a_LLS，根據該估計解a_LLS與浮點解計算初始搜索空間大小，求得整周模糊度a，進而求出端點B的位置坐標；通過端點A和端點B的位置坐標和方向向量之間的關系，求解出載體的二維姿態信息。

進一步的，所述將載波相位雙差觀測方程進行線性化處理，包括，在載波相位雙差模式下相對定位的線性化觀測方程可表示為：

y＝Aa+Bb+e (1)

式中，y為載波相位雙差觀測向量；a為整周模糊度向量；b為基線向量，屬于3維實數向量R³；e為噪聲及非建模誤差項；A是整周模糊度向量的參數矩陣；B是基線向量的參數矩陣。

進一步的，所述采用CLAMBDA算法利用約束條件求得整周模糊度a的最小二乘浮點解和基線向量b的估計值及其方差-協方差矩陣；同時，利用無約束的LAMBDA算法尋找一個最小二乘法估計解a_LLS，根據該估計解a_LLS與浮點解計算初始搜索空間大小，求得整周模糊度a，包括以下步驟：

S1、通過標準最小二乘法平差求基線向量估計值和模糊度最小二乘浮點解與及相應的方差-協方差矩陣，所述方差-協方差矩陣如下式(2)所示：