[發明專利]一種基于姿態輔助的多天線定位系統及定位方法

在審

• 申請號: 202111524792.9
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114355422A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 劉召磊;辛月寬;翟雄志;靳碧耀;路君里;柳豐收;黃乾;劉會森;張健;程銘;王臨
• 申請（專利權）人: 中船航海科技有限責任公司
• 主分類號: G01S19/45
• 分類號: G01S19/45;G01S19/53
• 代理公司: 上海智力專利商標事務所(普通合伙) 31105
• 代理人: 周濤

本發明設計一種基于姿態輔助的多天線定位系統，該系統包括有天線單元、信號接收單元、同步鐘單元和姿態測量單元；所述天線單元中設有多個天線陣列，每個天線陣列均對應有一個所述的信號接收單元；所述的同步鐘單元連接每一個信號接收單元以實現時鐘同步；所述的解算單元分別連接所述的信號接收單元以接收偽距信息；所述的姿態測量單元連接至所述的解算單元以提供姿態信息；所述的解算單元接收各信號單元信息并根據姿態測量信息，通過多天線定位算法，完成PVT解算，即用戶接收機的位置、速度和時間解算；還涉及到定位算法。本發明的系統和方法具有抗干擾能力強、不宜受到完全性損壞、安裝方式靈活的特點。

技術領域

本發明屬于衛星定位領域，涉及衛星導航定位解算技術，給出一種姿態輔助的多天線定位系統及所采用的算法。

背景技術

隨著北斗應用推廣的不斷深入，各種應用模式層出不窮，且隨著現代海戰場衛星導航干擾技術發展，針對衛星導航接收機天線的強壓制干擾功率越來越強，單天線技術較易受到完全性損壞，且急需提高其抗干擾能力。基于多天線的北斗單點應用模式，具有優良的抗干擾能力、較好的完好性偵測能力，結合不宜受到電磁信號干擾的外部姿態測量單元(可使用光纖羅經或高精度MEMS作為外部姿態測量單元)，是維護北斗高可靠性運行的一種創新性嘗試。

現有技術中，中國發明專利202010101454.3公開了一種分布式多天線無線電定位系統與方法，其利用多天線接收無線電定位信號以提高定位系統的可用性和定位精度。主要是將多個接收天線時鐘同步并按照已知拓撲結構分布在待定位載體上，中央處理器聯合利用各天線與該天線可見錨點間的到達時間與所述已知拓撲結構，計算載體的位置。該裝置和方法存在者結構復雜、計算繁瑣和精度不高的不足。

發明內容

本發明專利目的是為了克服現有技術存在的不足，提供一種基于姿態輔助的多天線定位系統及定位方法。本發明的系統和方法要能夠利用衛星信號準確測量位置信息，并且要能夠具有抗干擾能力強、不宜受到完全性損壞、安裝方式靈活的特點。

為了達到上述發明目的，本發明專利提供的技術方案如下：

一種基于姿態輔助的多天線定位系統，該系統包括有天線單元、信號接收單元、同步鐘單元和姿態測量單元；

所述天線單元中設有多個天線陣列，每個天線陣列均對應有一個所述的信號接收單元；

所述的同步鐘單元連接每一個信號接收單元以實現時鐘同步；

所述的解算單元分別連接所述的信號接收單元以接收偽距信息；

所述的姿態測量單元連接至所述的解算單元以提供姿態信息；

所述的解算單元接收各信號單元信息并根據姿態測量信息，通過多天線定位算法，完成PVT解算，即用戶接收機的位置、速度和時間解算。

在本發明基于姿態輔助的多天線定位系統中，所述的姿態測量單元連接外部羅經或含有高精度MEMS模塊，以獲得高精度姿態測量信息，高精度是指俯仰角、橫滾角和航向角均方根誤差最大誤差不超過0.6°，以滿足定位一定量級的定位精度的輸出。

在本發明基于姿態輔助的多天線定位系統中，所述解算單元中的多天線定位算法包括：計算待測點位置的關鍵是求出該點的衛星偽距，即衛星s^N至點O處的幾何距離以p_n為觀測點，點O為映射點；

公式(1)中Δr^N為同時對衛星s^N觀測時，兩點的觀測距離差，由幾何投影原理求得Δr^N的值為：

Δr^N＝-I^N(p_n)Δp_n (2)