[发明专利]GPS多天线测姿方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种利用卫星导航系统对载体测姿的方法。

背景技术

GPS多天线测姿是指利用在载体上一定几何分布的多个GPS信号接收天线(通常由3或4个GPS天线集成)，应用一定算法和数据处理技术实现载体姿态测量。通常由两个接收天线间距离组成的一个基线可以得到两个姿态角，通过两个共面、不平行的基线可以得到载体三维姿态角，然而，要在GPS姿态测量中得到高精度的偏航角、俯仰角、横滚角，载波相位观测值的利用必不可少，进而需要快速求解载波相位整周模糊度。

基于GPS多天线测姿系统具有许多传统的姿态测量系统(惯性导航系统或平台罗经系统)所没有的优点：(1)GPS多天线测姿系统具有GPS本身特有的优点，不仅能提供载体的位置、航向、速度等基本信息，而且能提供载体姿态信息；(2)GPS测姿精度高，因为测姿系统利用的是GPS卫星信号的载波相位观测值；(3)没有累积误差，传统的惯性器件的测量误差会随着时间积累，而GPS不会；(4)受环境影响小，如传统的磁罗盘测姿系统，受周围磁场影响较大，惯性器件等受温度的影响较大；(5)不需要给定初始值，传统的惯性测量系统常常需要长时间的初始对准；可以说GPS多天线测姿系统是多种设备功能集于一身，具有体积小、重量轻、稳定性高且成本低廉等优点。

基于GPS多天线测姿的核心技术是快速解算载波相位整周模糊度技术，GPS载波相位整周模糊度是指在载波相位测量中，如果对一颗卫星进行连续跟踪观察，则所有载波相位测量中均包含有未知的初始历元整周模糊度，只有准确的确定它，才能获得高精度的定位结果。因此要由GPS各天线高精度的定位结果得到载体平台的三维姿态角参数，必须先快速解算得到载波相位整周模糊度。目前，载波相位整周模糊度的确定方法分为以下三类：一是观测域的模糊度分解技术，这一类模糊度的分解技术最为简单，它直接利用C/A码或P码伪距观测确定载波相位模糊度，但是，C/A码或P码原始伪距观测精度通常不能满足模糊度分解技术要求；二是坐标域的模糊度搜索技术，主要指模糊度函数法，这种算法虽然出现的较早，但始终被人们关注，该算法由于仅利用载波相位观测值的非整数部分，因此，模糊度数值与整周模糊度无关，但由于算法的运算量较大，实现效果并不好；三是模糊度域的搜索技术，目前已经成为整周模糊度分解研究的热点，提出了大量的技术实施手段，主要有基于整数最小二乘参数估计法和基于双频或三频采用宽巷/窄巷法的模糊度解算方法，前一种方法大致可分为三步，也就是参数的浮点解计算、整周模糊度估计和参数的固定解计算，后一种方法可以说是前一种方法的特例，是在模糊度搜索区域内寻求最优的特解。

发明内容

本发明的目的在于提供基于几何算法快速解算载波相位整周模糊度的GPS多天线测姿方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明GPS多天线测姿方法，其特征是：

(1)首先采集GPS多天线观测数据、GPS卫星星历和各天线在载体坐标系的坐标；

(2)在GPS多天线观测数据中利用载波相位观测值对C/A码观测数据进行平滑；

(3)计算载体平台粗略姿态角、主天线在当地水平坐标系坐标、各天线共视卫星仰角和方向角、主天线到从天线间在当地水平坐标系的基线向量；

(4)利用粗略的姿态参数，在水平坐标系中各天线间基线向量和卫星到接收机间基线向量的几何关系，求解同一卫星不同天线的单差整周模糊度值，选取基准卫星，对单差整周模糊度值作差得到整周模糊度双差值；

(5)将得到载波相位双差值代入载波相位双差模型反解精确的各天线坐标分量；

(6)由取得的各天线坐标分量解算得到精确的姿态参数进而实现GPS多天线测姿。

附图说明

图1为本发明天线位置在载体坐标系中的分布示意图；

图2为本发明几何解算载波相位双差整周模糊度原理图；

图3为本发明GPS多天线系统测姿过程的实施框图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

C/A码粗解姿态参数