[发明专利]一种基于载波相位测量的跳频测距方法

摘要

本发明提供了一种载波相位测量的跳频测距方法。它包括对节点间实时距离、节点运动状态和跳频载波相位的预测和校验。相比传统多载波相位测量的测距方法，跳频测距在实现的时候，由于存在跳频间隔和节点不可忽略的径向速度，每次测量中发送端到接收端的距离不同，以致于各个载波从发送端到接收端的时间间隔不同，增大了测距难度。本发明利用先验估计节点运动状态和跳频载波的相位，根据更新的各项均方误差校正估计值，不仅可以实现实时测量，而且提高了测距精度，可以达到厘米级。

主权项

1.一种基于载波相位测量的跳频测距方法，其特征在于：保证跳频测距源端发送的各载波初始相位对齐；实时观测载波相位，根据已获得的初始粗糙伪距值和观测数据预测当前时刻的载波相位和节点运动状态，通过后验校正预测值获得更高精度的结果；获得初始粗糙伪距值和观测数据后，由预测模块(101)、更新模块(102)和校正模块(103)进行数据处理；初始粗糙伪距值和校正模块(103)的输出同时作为预测模块(101)的输入，预测模块(101)的输出作为更新模块(102)的输入；观测数据、预测模块(101)和更新模块(102)的输出同时作为校正模块(103)的输入，校正模块(103)的输出作为结果；所述的预测模块(101)建立系统状态模型并给出目标状态方程和测量方程，所述目标状态方程和测量方程为：X_k+1＝FX_k+Bw_kZ_k＝HX_k+v_k其中，F为状态转移矩阵，B是误差系数矩阵，H是测量矩阵，X_k为目标在k时刻的状态向量，w_k为系统建模噪声，协方差用Q表示，Z_k表示观测向量，包括目标运动状态和载波相位，v_k为k时刻的测量误差，协方差矩阵用R_k表示；由kT时刻的校正结果递推目标(k+1)T时刻的预测值和(k+1)T时刻的信息值；公式为其中为k时刻的校正结果，为(k+1)T时刻的预测值，Q_k为系统建模误差的协方差矩阵，R_k为观测噪声的协方差矩阵，S_k+1为(k+1)T时刻的信息值；预测值中包括节点运动状态和载波相位；所述的更新模块(102)根据kT时刻的估计误差方差阵和kT时刻的建模误差更新(k+1)T时刻的预测误差方差阵，根据kT时刻的估计误差方差阵、(k+1)T时刻的预测误差方差阵和测量误差更新(k+1)T时刻的校正方程增益，根据(k+1)T时刻的校正方程增益和(k+1)T时刻的预测误差方差阵更新(k+1)T时刻的估计误差方差阵；所述的预测方差误差阵的公式为：P_k+1/k＝F*P_k/k*F'+Q_k所述的(k+1)T时刻的校正方程增益的公式为：K_k+1＝P_k+1/k*H'*(H*P_k,k*H'+R_k)^‑1所述的估计误差方差阵的公式为：P_k+1/k+1＝(I‑K_k+1*H)*P_k+1/k；其中，P_k+1/k是(k+1)T时刻预测误差方差阵，P_k/k是kT时刻估计误差方差阵，K_k是校正增益，I是单位矩阵，F’是F矩阵的转置,H’是H矩阵的转置；所述的校正模块(103)建立校正方程，将kT时刻的预测值校正后输出作为结果，并将校正后的结果输入预测模块，用来预测(k+1)T时刻的状态；所述的校正方程为：为(k+1)T时刻系统的输出结果，将校正后的结果输入预测模块，根据校正后的结果预测下一时刻的载波相位和节点运动状态，输出T到nT时刻的结果，即可得到对目标节点运动状态和载波相位的处理结果。