[發(fā)明專利]基于信息融合的GNSS接收機(jī)天線相位中心校正方法及裝置

在審

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113552599A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 藺曉龍;邵冷冷;馮宇鑫;何文濤;翟昆朋;王浩;俞永祥
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州中科微電子有限公司
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 劉正君

本發(fā)明一種基于信息融合的GNSS接收機(jī)天線相位中心校正方法及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中針對室外絕對校正方法需要高精度機(jī)械臂，存在成本高、精度標(biāo)定、維護(hù)不易的問題。方法包括：布置參考天線、被測天線，測量被測天線初始狀態(tài)估計值；轉(zhuǎn)動被測天線，獲取轉(zhuǎn)動后數(shù)據(jù)；計算所有時刻的狀態(tài)估計值；計算狀態(tài)估計值與觀測值之間的差異值，根據(jù)差異值計算最優(yōu)狀態(tài)估計值；根據(jù)GNSS差分模型和最優(yōu)狀態(tài)估計值計算觀測值殘差估計值；用觀測值殘差估計值對被測天線的相位中心變化進(jìn)行建模和校正。本發(fā)明無需高精度機(jī)械臂，通過在被測天線端增加傳感器，使用傳感器信息融合和最優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)基線的最優(yōu)估計和天線相位中心變化(PCV)的建模和校正。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航和天線測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于信息融合的GNSS接收機(jī)天線相位中心校正方法及裝置。

背景技術(shù)

全球衛(wèi)星導(dǎo)航(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收機(jī)通過天線接收衛(wèi)星信號，天線的接收空間是個半球形(或球形)，衛(wèi)星信號通過不同的入射角度(高度角、方位角)進(jìn)入時，會有不同的時間延遲。使用一個虛擬球面擬合所有方向的延遲(標(biāo)準(zhǔn)是擬合誤差最小)，則該球面稱為等相位面，該球心稱為等相位中心或平均相位中心。這樣，天線參考點(diǎn)和平均相位中心的偏差稱為天線相位中心偏差(Phase Center Offset，PCO)；某個具體角度的入射信號的瞬時相位中心和平均相位中心的偏差稱為天線相位中心變化(Phase Center Variation，PCV)。對于高精度GNSS定位，接收機(jī)天線的PCO、PCV是重要的誤差來源，因此需要進(jìn)行建模和校正。

GNSS天線相位中心變化(PCV)校正主要有兩類方法：

1.微波暗室法。微波暗室法是在暗室中發(fā)射模擬信號，同時對天線各個入射角度的延遲進(jìn)行測量，最終得到整個半球面(或球面)的PCV模型。

2.室外校正法。室外校正法是指在開闊的室外環(huán)境中，利用天空中真實(shí)GNSS衛(wèi)星信號對被測天線的相位中心進(jìn)行測量和校正的方法。室外校正又包括兩種方法：

(1)室外相對校正。事先標(biāo)定基線，參考天線和被測天線固定不動，連續(xù)觀測較長時間(如24小時)，利用天空衛(wèi)星的運(yùn)動遍歷被測天線所有入射角度。該方法缺點(diǎn)很多：時間長、模型參數(shù)少、結(jié)果是相對參考天線的。

(2)室外絕對校正。事先標(biāo)定基線，參考天線固定不動、被測天線安裝在精密機(jī)械臂上，利用機(jī)械臂的三維轉(zhuǎn)動，快速遍歷被測天線的入射角度。該方法測試時間短、模型參數(shù)完整、結(jié)果是絕對的。由于引入了被測天線的運(yùn)動，所以基線是時變的，需要知道每個時刻的真實(shí)基線，然后，才能使用衛(wèi)星信號觀測值殘差擬合PCV模型。

中國專利CN104502926B、CN107290762B都公開了一種室外絕對校正方法。這些方法都有一個共同點(diǎn)就是對機(jī)械臂的精度要求很高，機(jī)械臂每次運(yùn)動后輸出其末端的精確位置(機(jī)械臂坐標(biāo)系)，這樣才能得到精確的基線估計值，最后才能對被測天線相位中心建模和校正。這種高精度機(jī)械臂造價很高，且精度的標(biāo)定和維護(hù)不易。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中針對室外絕對校正方法需要高精度機(jī)械臂，存在成本高、精度標(biāo)定、維護(hù)不易的問題，提供了一種基于信息融合的GNSS接收機(jī)天線相位中心校正方法及裝置。無需高精度機(jī)械臂，通過在被測天線端增加傳感器，使用傳感器信息融合和最優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)基線的最優(yōu)估計和天線相位中心變化(PCV)的建模和校正。無需高精度機(jī)械臂，使用一般的機(jī)械臂、轉(zhuǎn)臺、可活動支架等轉(zhuǎn)動裝置。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種基于信息融合的GNSS接收機(jī)天線相位中心校正方法，包括以下步驟：

S1.布置參考天線、被測天線，測量被測天線初始狀態(tài)估計值；

S2.多次轉(zhuǎn)動被測天線，使天線整個半球面都能夠多次被衛(wèi)星信號覆蓋到，獲取轉(zhuǎn)動后數(shù)據(jù)；