[发明专利]基于天线阵列的卫星导航算法、导航系统和车辆

说明书

技术领域

本发明涉及导航领域，具体涉及一种卫星导航算法、导航系统和车辆。

背景技术

现有的全球导航卫星系统(GNSS)包括GPS、北斗、GLONASS、Galileo，以及一些区域增强技术或天基增强技术等。这些系统的地面接收机或者使用单天线，或者使用双天线。其中，采用单天线的系统可以用来定位，采用双天线的系统可以用来定位和定向。

例如，现有GNSS设备的定向功能只能输出航向角，而无法支持3个姿态角。为了获知设备的3个姿态角(航向角、俯仰角、横滚角)时，通常需要增加其它的辅助手段，例如陀螺仪等。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种卫星导航算法、导航系统和车辆。该卫星导航系统，可以通过天线阵列技术直接获得3姿态角，无需借助辅助设备，简化了导航系统的结构，从而使导航系统的功能更加完善。

本发明的一个方面提供了一种基于天线阵列的卫星导航算法，包括：获取由至少三个天线组成的天线阵列所输出的卫星信号；根据所述卫星信号计算出各个天线位置的相对关系；根据天线在待测目标上的位置关系，计算待测目标的位置和状态信息。

在一个实施例中，所述获取至少由三个天线组成的天线阵列所输出的卫星信号之后还包括：使所述卫星信号先后进行模拟信号处理和数字信号处理。

在一个实施例中，所述模拟信号处理包括对所述卫星信号进行放大、滤波、频率综合和频率变换的至少之一。

在一个实施例中，所述使所述卫星信号进行模拟信号处理包括：使各个天线输出的卫星信号分别进入对应所述各个天线的多个通道进行模拟信号处理。

在一个实施例中，所述数字信号处理包括信号解调、伪距测量和计算、载波相位测量和计算、多普雷频移测量和计算以及多天线融合测量与计算的至少之一。

在一些实施例中，所述位置和状态信息包括待测目标的位置、速度和方向。

在一个实施例中，所述方向信息包括待测目标的俯仰角、横滚角和偏航角。

在一些实施例中，所述根据天线在待测目标上的位置关系，计算待测目标的位置和状态信息之后包括：根据卫星到达各个天线的相位差、时间差以及待测目标的姿态角，计算出各个天线接收的卫星信号的入射角度，并且在所述入射角度与卫星在天空的实际角度相差较远时，降低相应卫星信号的信用权重。

在一个实施例中，在所述入射角度与卫星在天空的实际角度接近时，提高相应卫星信号的信用权重。

本发明的另一个方面提供了一种卫星导航系统，包括设置于待测目标的信号接收模块和用于处理所述卫星信号的信号处理模块；所述信号接收模块包括设置于待测目标且不在同一直线上的至少三个天线；所述信号处理模块用于获取由所述至少三个天线组成的天线阵列所输出的卫星信号；并根据所述卫星信号计算出各个天线位置的相对关系；以及根据所述至少三个天线在待测目标上的位置关系，计算待测目标的位置和状态信息。

在一个实施例中，所述信号接收模块包括设置于待测目标的多个天线，并且所述多个天线设置于同一个水平面或设置在不同的水平面。

在一个实施例中，所述信号接收模块包括设置于待测目标的三个天线，所述三个天线位于同一水平面且该三个天线的连线构成直角三角形，从而其中两个天线的连线构成的直角边与所述待测目标的前进方向垂直且用于测量航向角，并且另外两个天线的连线构成的直角边与所述待测目标的运动方一致且用于测量俯仰角。

在一个实施例中，所述信号接收模块包括设置于待测目标的三个天线，所述三个天线位于同一水平面且该三个天线的连线构成锐角三角形，从而其中两个天线的连线与所述待测目标的运动方向垂直且用于测量航向角，并且该两个天线的连线上的点与另一个天线的连线与所述待测目标的运动方向一致且用于测量俯仰角。

在一个实施例中，所述信号接收模块包括设置于待测目标的四个天线，所述四个天线位于同一水平面且该四个天线的相邻两个连线构成四边形，该四边形彼此相对且与所述待测目标运动方向垂直的两边用于测量航向角，并且该四边形彼此相对且与所述待测目标运动方向一致的两边用于测量俯仰角。

在一个实施例中，所述信号接收模块包括设置于待测目标的四个天线，所述四个天线位于同一水平面且位于四边形的四个边上，从而位于所述四边形相对且与所述待测目标垂直的两个边的两个天线用于测量航向角，并且位于所述四边形另外两个相对且与所述待测目标运动方向一致的两个天线用于测量俯仰角。

在一个实施例中，所述信号处理模块包括模拟信号处理电路和数字信号处理电路；其中所述模拟信号处理电路包括分别对应多个天线的多个通道。