[發(fā)明專利]基于雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)位置解算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110388442.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN113253322B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍劭實(shí);范波;鐘季龍;侯振偉;張小飛;翟小玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院國(guó)防科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): G01S19/44
• 分類號(hào): G01S19/44
• 代理公司: 北京奧文知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11534
• 代理人: 張文

本發(fā)明公開了一種基于雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)位置解算方法，該方法用于解算安裝有雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)于基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)，包括：建立雙差觀測(cè)量隨機(jī)模型；利用移動(dòng)載體上雙天線的偽距原始觀測(cè)量和載波相位原始觀測(cè)量建立在雙天線間基線長(zhǎng)度約束下的雙差觀測(cè)模型，根據(jù)雙差觀測(cè)模型求解雙天線間的基線向量和整周模糊度參量；利用移動(dòng)載體上雙天線觀測(cè)量與基準(zhǔn)站觀測(cè)量建立相對(duì)定位模型，將求解得到的雙天線間基線向量和基線向量的方差?協(xié)方差矩陣作為先驗(yàn)約束信息融入相對(duì)定位模型，進(jìn)行整周模糊度求解，估計(jì)移動(dòng)載體相對(duì)于基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)。本發(fā)明能夠有效利用雙天線基線長(zhǎng)度信息，提高整周模糊度解算的成功率，增強(qiáng)相對(duì)定位的可靠性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)位置解算方法。

背景技術(shù)

基于衛(wèi)星導(dǎo)航載波相位差分的相對(duì)定位技術(shù)能夠精確求解移動(dòng)載體相對(duì)于基準(zhǔn)站的三維位置信息，精度可達(dá)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)，無(wú)論是在無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行、飛機(jī)著陸和著艦等作戰(zhàn)任務(wù)或試驗(yàn)測(cè)試、模擬訓(xùn)練等軍事領(lǐng)域，還是在變形監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等民用領(lǐng)域中均具有關(guān)鍵作用?；谛l(wèi)星導(dǎo)航載波相位差分的相對(duì)定位技術(shù)的基本原理是將移動(dòng)載體上天線接收的衛(wèi)星原始觀測(cè)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站天線數(shù)據(jù)作差分，從而建立反映觀測(cè)量與基準(zhǔn)站指向移動(dòng)載體的基線矢量之間函數(shù)關(guān)系的觀測(cè)方程，通過(guò)求解這一基線矢量，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)載體的相對(duì)位置解算。其中，高精度相對(duì)定位的核心是整周模糊度的正確解算，而對(duì)于無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行、艦載飛機(jī)著艦等高安全性應(yīng)用而言，整周模糊度解算的快速性和可靠性尤為重要。

隨著全球或區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已進(jìn)入多系統(tǒng)融合時(shí)代，可視衛(wèi)星和可用頻率資源得到顯著改善，在典型觀測(cè)條件下，可視衛(wèi)星數(shù)已不再是制約高精度相對(duì)定位的關(guān)鍵因素。然而，在城市峽谷、茂密山林等弱觀測(cè)環(huán)境中，有限的可用衛(wèi)星數(shù)仍然是一個(gè)突出問(wèn)題，使得整周模糊度解算成功率可能出現(xiàn)明顯下降，極大地制約了高精度相對(duì)定位的可用性與可靠性。目前，為了提高解算的性能，除了增加慣性傳感器等其他導(dǎo)航裝置進(jìn)行組合導(dǎo)航外，一個(gè)有效的做法是增加安裝在載體上的衛(wèi)星天線個(gè)數(shù)，如常見(jiàn)的雙天線裝置。由于雙天線固定在載體上，天線間固有的基線長(zhǎng)度信息可作為附加的非線性約束條件融入觀測(cè)方程，增強(qiáng)參數(shù)估計(jì)的效果?；谏鲜龅募夹g(shù)構(gòu)思，在雙天線定向中，現(xiàn)有技術(shù)提出了基線長(zhǎng)度約束的最小二乘降相關(guān)平差算法(C-LAMBDA算法)，能夠顯著提高定向的可靠性。具體的C-LAMBDA算法步驟例如可以參見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)：Teunissen?P?JG.Integer?least-squares?theory?for?the?GNSS?compass.Journal?of?Geodesy,2010,84(7):433–447。盡管相比于單個(gè)天線，雙天線能夠增加觀測(cè)量，增強(qiáng)觀測(cè)模型強(qiáng)度，進(jìn)而有利于參數(shù)估計(jì)，但在相對(duì)定位領(lǐng)域中，載體上的雙天線通常僅互做備份，雖然能在一定程度上提高定位解算時(shí)的可用性，但天線間的基線長(zhǎng)度信息并沒(méi)有得到充分利用，難以實(shí)現(xiàn)高精度相對(duì)定位中整周模糊度解算可靠性的有效提升。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的部分或全部技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)位置解算方法。

本發(fā)明公開了一種基于雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)位置解算方法，所述方法用于解算安裝有雙天線的移動(dòng)載體相對(duì)于基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)，所述方法包括：

建立雙差觀測(cè)量隨機(jī)模型；

利用所述移動(dòng)載體上所述雙天線的偽距原始觀測(cè)量和載波相位原始觀測(cè)量建立在雙天線間基線長(zhǎng)度約束下的雙差觀測(cè)模型，根據(jù)所述雙差觀測(cè)模型求解所述雙天線間的基線向量和整周模糊度參量；

利用所述移動(dòng)載體上所述雙天線觀測(cè)量與所述基準(zhǔn)站觀測(cè)量建立相對(duì)定位模型，將所述雙天線間基線向量和所述基線向量的方差-協(xié)方差矩陣作為先驗(yàn)約束信息融入所述相對(duì)定位模型，進(jìn)行整周模糊度求解，估計(jì)所述移動(dòng)載體相對(duì)于所述基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)。

在一些可選的實(shí)施方式中，所述建立雙差觀測(cè)量隨機(jī)模型，包括：