[發明專利]用于基于具有確信完整性的GNSS載波相位測量結果來估計姿態和航向的系統和方法

在審

• 申請號: 202110726336.6
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN114167465A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 齊德內克·卡納;R·巴拉內克;J·杜尼克;J·拉薩卡;M·索塔克
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際有限責任公司
• 主分類號: G01S19/44
• 分類號: G01S19/44
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 陳嵐

本發明提供了用于估計姿態和航向的系統和方法。該系統和方法利用載波相位單差(CSD)測量結果或載波相位雙差(CDD)測量結果以及CSD或CDD測量殘差的驗證測試。該系統和方法包括將具有GNSS載波信號波長的±一半的極限的包裹函數應用于CSD或CDD測量殘差以生成細化的CSD或CDD測量殘差，以及驗證細化的CSD或CDD測量殘差方差以確定有效CSD或CDD測量結果。通過使用經驗證的CSD和CDD測量結果，該系統和方法使得低級混合慣性導航系統即使在飛行/操作的靜態或穩定階段期間也能夠以完整性且在沒有磁力計或不需要整周模糊度分辨率的情況下估計姿態和航向。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2020年9月10日提交的標題為“SYSTEM AND METHODS FORESTIMATING ATTITUDE AND HEADING BASED ON GNSS CARRIER PHASE MEASUREMENTS WITHASSURED INTEGRITY”的美國臨時申請序列第63/076,649號的權益，該臨時申請據此以引用方式并入本文。

關于非美國贊助研究或開發的聲明

產生該申請的項目已根據撥款協議第807097號從歐盟地平線2020研究和創新計劃下的清潔天空2聯合執行體獲得資金。

背景技術

低級混合慣性導航系統(例如，全球導航衛星系統(GNSS)輔助姿態和航向參考系統(GPAHRS))依賴于外部測量結果來在飛行/操作的靜態或穩定階段期間輔助航向。這些系統不能使用陀螺儀羅盤定向來估計航向，因此通常使用磁力計來提供航向估計。然而，使用磁力計是有問題的，因為磁力計易受環境條件的影響并且具有依賴于位置(不能在磁極附近使用)的有限性能。

發明內容

在一個示例中，一種用于估計系統的姿態和航向的方法包括從一個或多個慣性傳感器獲得慣性測量結果和從通信地耦接到相應GNSS天線的兩個或更多個全球導航衛星系統(GNSS)接收器獲得原始載波相位測量結果。該方法進一步包括由原始載波相位測量結果確定載波相位雙差(CDD)測量結果，并且基于統計濾波器預測狀態來確定預測CDD值。該方法進一步包括基于CDD測量結果和預測CDD值來確定CDD測量殘差和相應的方差，并且將具有GNSS載波信號波長的±一半的極限的包裹函數應用于CDD測量殘差以生成細化的CDD測量殘差。該方法進一步包括驗證細化的CDD測量殘差方差以確定有效CDD測量結果，并且使用有效CDD測量結果和慣性測量結果來估計系統的姿態和航向。

在另一個示例中，一種系統包括被配置為捕獲慣性測量結果的一個或多個慣性傳感器。該系統進一步包括通信地耦接到第一GNSS天線的第一全球導航衛星系統(GNSS)接收器，其中第一GNSS接收器被配置為從多個GNSS衛星接收信號。該系統進一步包括通信地耦接到第二GNSS天線的第二全球導航衛星系統(GNSS)接收器，其中第二GNSS接收器被配置為從多個GNSS衛星接收信號。該系統進一步包括通信地耦接到存儲器、一個或多個慣性傳感器、第一GNSS接收器和第二GNSS接收器的至少一個處理器。該至少一個處理器被配置為從一個或多個慣性傳感器獲得慣性測量結果，并且從第一GNSS接收器和第二GNSS接收器獲得原始載波相位測量結果。該至少一個處理器被進一步配置為由原始載波相位測量結果確定載波相位雙差(CDD)測量結果，并且基于統計濾波器預測狀態來確定預測CDD值。該至少一個處理器被進一步配置為基于CDD測量結果和預測CDD值來確定CDD測量殘差和相應的方差，并且將具有GNSS載波信號波長的±一半的極限的包裹函數應用于CDD測量殘差以生成細化的CDD測量殘差。該至少一個處理器被進一步配置為驗證細化的CDD測量殘差以確定有效CDD測量結果，并且使用有效CDD測量結果和慣性測量結果來估計系統的姿態和航向。