[发明专利]基于全球卫星导航信号三维波结构的平台姿态估计方法

说明书

本发明公开了一种基于全球卫星导航信号三维波结构的平台姿态估计方法，属于雷达探测、导航技术领域。本发明采用固定在平台上的电磁矢量传感器的偶极子或磁环天线接收GPS等全球导航卫星信号，形成阵列数据。同步采样平台测姿态时，匹配叠加各传感器接收卫星信号。解码后模和最大值对应的姿态参数即为捕获运动平台姿态。同步采样平台测姿态刷新周期为1个码片周期。异步采样平台测姿态时,各接收单元采集多个解码码片的信息源卫星复数数据。根据极化阵列接收数据呈现出多维张量特定数据结构，利用空间多重信号分类特征值算法，多维张量分解等阵列信号处理方法，实现姿态估计。异步采样平台测姿态刷新周期为多个码片周期。本发明发展了测姿导航技术。

技术领域

本发明涉及一种基于全球卫星导航信号三维波结构的平台姿态估计方法，属于雷达探测、导航技术领域。

背景技术

运动平台姿态信息大多从惯导传感器融合其他信息获取。目前使用的运动平台姿态信息系统结构复杂,故障率高。测量精度不高。在某些航空航天应用领域对姿态导航有特殊的要求,如测量速度快,精度高,体积、质量、能耗小,抗大加速,抗辐射,抗极端温度,抗震动等。这些要求使得航姿导航设备成本很高。接收电磁波信息与平台姿态具有密切关联性，利用电磁波提供的姿态基准测量运动平台姿态可弥补空间参照物不足问题，弥补机载姿态测量惯导系统的缺陷。人造的和自然界的各种电磁波充斥着地球表面和太空,可以像利用地磁场指南那样利用电磁波导航。国内外都研究在地球卫星导航系统接收端,利用多点接收,三角计算的方法感知姿态。缺点是体积大、精度低、系统复杂、速度慢,影响了该技术的推广应用。

全球导航卫星系统目前包括GPS、GLONASS、北斗和GALILEO，卫星导航信号一般为码分多址或频分多址源，卫星导航接收机收到的电磁波包含了多个卫星波达方向信息，这些信息与接收平台姿态信息具有密切关联性，由波达方向信息转化为接收平台姿态信息，信息的利用直接高效，不受飞行平台姿态及其运动影响。地球卫星导航系统为利用电磁波测量姿态提供了丰富信号源，也可以利用无人机基站信号测量运动平台姿态。同一架无人机多位置的多个传感器共同测量姿态可避免遮挡，获得更高的姿态精度。而发展中的微型惯导姿态信息系统测量精度不高。运动平台姿态信息可从惯导传感器融合电磁波提供的姿态信息获取。

发明内容

本发明提出了一种基于全球卫星导航信号三维波结构的平台姿态估计方法，采用固定在平台上的电磁矢量传感器的偶极子或磁环天线接收GPS等全球导航卫星系统信号。通道间相互分离，形成阵列数据，应用信号处理方法解算平台姿态。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于全球卫星导航信号三维波结构的平台姿态估计方法，同步采样平台测姿态包括以下步骤：

步骤1确定电磁矢量传感器L个接收单元安装姿态和位置，L个电磁矢量传感器接收单元接收GPS信号，捕获和跟踪多个导航卫星信号，采样时点控制来自同一振荡器，确定Q个卫星信号载波多普勒频移,C/A码初始相位和波达方向；

步骤2三维搜索姿态参数φ₁，φ₂，φ₃。对应于每次搜索值，依次计算出Q个可跟踪的GPS卫星叠加信号一个码片解码后模，Q个卫星叠加信号一个码片解码后模和最大值对应的φ₁，φ₂，φ₃即为捕获运动平台姿态；

步骤3在随后的跟踪测姿态时，在姿态捕获参数邻域内，三维搜索姿态参数，采用偏小和偏大参数值处于峰的上升和下降沿性质，预测跟踪时的参数校正量，以减少搜索参数的计算量。

所述步骤2中，捕获运动平台姿态就是三维搜索姿态参数φ₁，φ₂，φ₃，对应于每次搜索值φ₁，φ₂，φ₃，按与导向矢量匹配原理，叠加各传感器得q号卫星信号，依次计算出Q个可跟踪的GPS卫星叠加信号。