[发明专利]利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法

摘要

本发明公开了一种利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，包括六个步骤。其中步骤一公开了一种双天线定向测姿装置，包括GNSS双天线、接收机、电动导轨、滑块、步进电机、运动控制器，GNSS天线a和电动导轨设于载体上，GNSS天线b通过滑块固设于电动导轨上，调节天线a和天线b高度使之与电动导轨平面平行，运动控制器与天线b相连，自动控制天线b沿电动导轨运动。其余步骤为数据通讯、位置测量、速度测量、站心速度换算和姿态估计。本发明属于GNSS卫星导航定位和测绘科学技术领域，所提供的GNSS双天线三维姿态测量方案降低了天线数和装置成本，避免了模糊度固定和周跳探测修复难题，适用于静态和动态载体定向测姿。

主权项

1.利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在载体上安装GNSS双天线定向测姿装置，所述双天线定向测姿装置包括GNSS双天线、接收机、电动导轨、滑块、步进电机、运动控制器，所述GNSS双天线包括天线a和天线b，天线a和电动导轨设于载体上，天线b通过滑块固设于电动导轨上，调节天线a和天线b高度使之与电动导轨平面平行，运动控制器与天线b连接，通过运动控制器使天线b在电动导轨上运动；步骤二、通过通讯数据线连接双天线定向测姿装置和计算机，实时接收GNSS载波、伪距和多普勒数据；步骤三、用GNSS单点定位实时获得载体位置[B(t)，L(t)，H(t)]；以GNSS天线a或者天线b的位置表示载体位置，可采用伪距单点定位或精密单点定位求解载体空间直角坐标，进而由空间直角坐标与大地坐标转换公式实时计算载体大地坐标；步骤四、利用多普勒观测值实时获得GNSS天线速度记天线a、b和第j号卫星t时刻的多普勒观测值分别为和设固定在载体上天线a的速度为安装在导轨上的天线b的速度为则GNSS天线速度方程如下：式中，表示t时刻卫星j的多普勒频移观测值；为伪距变化率；为天线a钟差变化率；为卫星j的钟差变化率；为卫星j与天线a相对论效应变化率；C为光速；为其他观测值噪声变化率等；忽略GNSS天线标记，当同步观测n颗卫星(大于四颗)，写成矩阵形式并由最小二乘估计可得GNSS天线速度估计公式：式中，式中，为t时刻天线近似位置至卫星j方向上的方向余弦，(x₀，ｙ₀，z₀)表示天线近似三维坐标，(X^j，Y^j，Z^j)为卫星j坐标，表示天线到卫星j的近似距离，表示卫星j的速度，表示GNSS天线的速度，表示多普勒观测值的权阵；步骤五、GNSS天线站心系速度换算；天线a安装在载体上，则天线a速度即为载体速度；而天线b是通过滑块固连在导轨上，则天线b速度是载体速度和相对导轨速度的合成。将天线b导轨速度记为则为将天线a速度和天线b轨速换算到站心系速度，需分别采用如下公式：式中，Na(t)，Ea(t)，Ua(t)分别表示天线a在站心系下三个方向速度；Norb(t)，Eorb(t)，Uorb(t)分别表示天线b导轨在站心系下三个方向速度；或者步骤六、动态载体三维姿态实时估计；根据天线a载体的站心速度和天线b导轨的站心系速度可构建载体姿态矩阵，为姿态矩阵第一列向量，为姿态矩阵第二列向量，姿态矩阵第二列向量与第一列向量叉乘作为姿态矩阵第三列向量，从而得到动态载体的三维姿态估计公式：式中，×表示向量外积，右箭头上标表示列向量单位化，θ为横滚角，h为俯仰角，α为方位角。