[发明专利]一种双天线GPS测姿方法

权利要求书

1.一种双天线GPS测姿方法，其特征在于，在测姿载体上呈几何分布设置两个GPS信号接收天线且对应设置两台接收机，采用GPS系统3R定位法确定天线Ⅰ的位置坐标，将天线Ⅰ的位置坐标定为概略坐标并对其进行修正，确定整周模糊度的值，然后，解算天线Ⅱ的位置坐标，最后，根据定位出的天线Ⅰ的位置坐标和天线Ⅱ的位置坐标确定测姿载体的偏航角和俯仰角，即进行测姿载体的姿态角解算；包括以下步骤：

S1、在测姿载体上呈几何分布设置两个GPS信号接收天线且对应设置两台接收机，即天线Ⅰ和天线Ⅱ，接收机Ⅰ和接收机Ⅱ；

S2、利用GPS系统3R定位法确定天线Ⅰ的位置坐标；

S3、将天线Ⅰ的位置坐标设定为概略坐标，根据伪距线性误差方程对天线Ⅰ的位置坐标进行修正；

S4、根据天线Ⅰ与天线Ⅱ之间的基线长度与载波波长的关系确定整周模糊度搜索范围，再进一步确定整周模糊度的值；

S5、将修正后的天线Ⅰ的位置坐标作为天线Ⅱ位置坐标的概略坐标，根据双差，最小二乘法定位出天线Ⅱ的位置坐标；

S6、根据定位出的天线Ⅰ的位置坐标和天线Ⅱ位置坐标确定测姿载体的偏航角和俯仰角，即进行测姿载体的姿态角解算；

其中，所述步骤S4中，根据天线Ⅰ与天线Ⅱ之间的基线长度与载波波长的关系确定整周模糊度搜索范围，再进一步确定整周模糊度的值，包括，设在时刻t，接收机Ⅰ和接收机Ⅱ同步观测到卫星j，得到两个载波观测方程；

式中，是接收机Ⅰ和接收机Ⅱ与卫星j的载波观测差值，是接收机Ⅰ和接收机Ⅱ与卫星j的伪距差值，Δt₁₂(t)是两接收机的钟差，为两接收机与卫星j的整周模糊度差值；单差后可以消除卫星的钟差、大部分的对流层和电离层误差，剩余的只是接收机的钟差和未消除的多路径误差；

再让接收机Ⅰ和接收机Ⅱ同时观测卫星k，将再次得到的单差方程与上面的公式进行作差，得到的双差方程如下公式：

式中，表示双差运算，表示载波双差观测值的小数部分,为天线Ⅰ和天线Ⅱ到卫星j和卫星k之间真实距离的双差值，为双差整周模糊度，为双差载波相位观测噪声；在短基线定向中可以表示为：为天线Ⅰ和天线Ⅱ所构成的基线矢量，和分别是接收机到卫星j和k的单位矢量，其中，卫星k为参考卫星；

由此得到：

由于天线Ⅰ和天线Ⅱ之间的基线长度小于载波波长的1/2，得出：

对进行取整，使得整周模糊度的搜索范围大大降低，将上面取整得到的整数值分别带入式中，求得基线长度最接近实际基线长度的整周模糊度值，该值即为整周模糊度的值。

2.根据权利要求1所述双天线GPS测姿方法，其特征在于，所述步骤S2中利用GPS系统3R定位法确定天线Ⅰ的位置坐标，包括，通过空间中三颗卫星为原点以各自到接收机Ⅰ的距离为半径得到三个球面的相交点，确定天线Ⅰ位置坐标在空间中的位置；设天线Ⅰ利用到达时间分别测定GPS系统中的三颗卫星S₁、S₂和S₃到天线Ⅰ位置的分别距离为P₁、P₂和P₃；天线Ⅰ的接收机Ⅰ利用导航电文计算得到S₁、S₂和S₃三颗卫星的位置分别为(x¹,y¹,z¹),(x²,y²,z²)和(x³,y³,z³)；根据距离交汇法求解天线Ⅰ三维坐标的观测方程为：

其中，(x,y,z)为天线Ⅰ的坐标位置；根据上式解算出的天线Ⅰ位置坐标为(x₁,y₁,z₁)。