[發明專利]一種基于北斗系統的船舶姿態測量設備及測量方法

有效

• 申請號: 202010324308.7
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111323804B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 陳揚;吳海樂;侯利朋;陳云鋒
• 申請（專利權）人: 北京國泰星云科技有限公司
• 主分類號: G01S19/53
• 分類號: G01S19/53;G01S19/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于北斗系統的船舶姿態測量設備及測量方法，測量設備包括射頻接口模塊、兩個北斗雙天線測向接收機、測姿模塊、數據存儲模塊和通信接口模塊。與現有技術相比，本發明的積極效果是：本發明利用現有的北斗雙天線測向接收機板卡進行測量，利用板卡自身的互差分技術能夠準確計算出兩個天線之間的相對基線長度和方向，從而消除了對差分基準站的依賴。通過利用兩個北斗雙天線測向接收機板卡對一個公用的北斗衛星導航天線共同測量，建立起兩個北斗雙天線測向接收機板卡測量數據的相互聯系和測量坐標值統一，從而實現兩個北斗雙天線測向接收機板卡的數據融合。

技術領域

本發明涉及一種基于北斗系統的船舶姿態測量設備及測量方法。

背景技術

傳統的船舶測姿依賴于高精度陀螺儀和高精度加速度計組成的慣性導航系統，但是該測量方式具有導航誤差隨時間累積的缺陷，并且其價格相對比較昂貴。同時，慣性導航系統需要進行精準的安裝和標定。由于價格，安裝標定復雜等客觀因素，導致慣性導航系統在船舶測量方面的普及受到限制。

隨著我國北斗三號衛星導航系統的建成與投入使用，與衛星定位、導航、授時相關的衛星應用在我國必將快速普及。與慣導相比，北斗系統能夠提供全天時、全天候定位功能，相對價格低廉且能保證較高測量精度。因此，在某些方面，基于北斗多天線的船舶測姿方法相對慣導測姿有一定優勢。

目前常用的北斗測姿設備為雙天線測向接收機，只能準確測量兩個姿態角，無法滿足三維姿態角的準確測量。并且船體航向、橫搖、縱搖信息是相互耦合的，無法通過多臺雙天線測向接收機獨立測量。

采用RTK精準定位技術可以利用多臺北斗接收機測量各個點位的位置，進而通過數據后處理的方法計算船體姿態。但是該方案的缺點是無法實現實時測量，并且必須配備基準站設備，成本高、應用范圍受基準站位置限制。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種基于北斗系統的船舶姿態測量設備及測量方法，利用兩個商用的雙天線測向接收機板卡進行組合，根據雙天線測向接收機基線和方向測量精度高、絕對定位精度相對差的特性，創新性的使用公用天線進行測量，消除兩個雙天線測向接收機板卡定位的偏差，進而通過數據融合處理的方法，計算出船舶的準確三維姿態信息。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于北斗系統的船舶姿態測量設備，包括射頻接口模塊、兩個北斗雙天線測向接收機、測姿模塊、數據存儲模塊和通信接口模塊，其中：

所述射頻接口模塊包含衛星信號功分器，用于將三個北斗衛星導航天線A、B、C的射頻信號傳入兩個北斗雙天線測向接收機，其中所述衛星信號功分器用于將公用北斗衛星導航天線B的射頻信號分成兩路，分別傳給兩個北斗雙天線測向接收機；

所述兩個北斗雙天線測向接收機通過射頻接口模塊分別連接兩個北斗衛星導航天線，用于測量北斗衛星導航天線的安裝位置以及兩個天線之間的基線和夾角信息，并輸出定位和測姿信息給測姿模塊；

所述測姿模塊對接收的兩個北斗雙天線測向接收機的定位和測姿信息，經過數據同步、定位數據關聯和數據融合測姿處理，輸出標定參數和船舶的實時姿態測量信息給數據存儲模塊，同時將船舶的實時姿態測量信息通過通信接口模塊進行輸出。

本發明還提供了一種基于北斗系統的船舶姿態測量方法，包括如下步驟：

步驟一、將兩個北斗雙天線測向接收機獲取的定位信息和測姿信息轉換為本地坐標；

步驟二、根據基線和定位位置信息，計算出天線A和天線C的本地坐標；

步驟三、利用3個天線的坐標值計算天線平面的姿態角；

步驟四、根據天線平面和傳遞坐標系之間角度關系，計算出船體的姿態角。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：