[发明专利]一种导航卫星姿态测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航卫星姿态测量方法，特别是一种可应用于各种载体(如航天器、飞机、船舶等)等需要进行姿态测量领域的导航卫星姿态测量方法。

背景技术

载体姿态测量是指利用导航卫星技术测定载体(航天器、飞机、船舶等)的姿态(航向角、俯仰角和横滚角)，它是航空、航天、航海以及陆地导航中的关键技术，已成为导航信息处理的重要研究分支。

载体姿态测量的基本思路是在载体平台上适当配置二个以上非共线的卫星天线，利用载波相位差分测量技术，即利用多个天线接收的载波相位差、观测点的大地纬度和经度和导航电文信息，通过一定的算法实时解算天线之间确定的基线向量，从而得到载体的姿态信息。该方法需要快速、准确、可靠地确定整周模糊度；特别是处于运动状态的载体，更需要实时求解出整周模糊度。

传统的使用导航卫星测姿算法如LAMBDA算法(Least-squares AmbiguityDecorrelation Adjustment)在初始解算整周模糊度时，都采用直接求解的方法，因而存在诸如计算复杂度高、可操作性差等问题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种导航卫星姿态测量方法。

技术方案：本发明公开了一种导航卫星姿态测量方法，包括以下步骤：

步骤(1)，接收机观测卫星信号的载波相位、观测点的大地纬度、经度和导航电文；

步骤(2)，解析出载波相位φ，并根据观测点的大地纬度、经度和导航电文解析卫星的高度角α、方位角Ω；其中，载波相位φ从上述观测数据中读取出来。卫星的高度角α、方位角Ω由观测点的大地纬度和经度和导航电文中的数据计算得到。具体的说，由观测点的大地纬度和经度可计算出天线的位置，由导航电文可得到卫星的位置，结合天线的位置和卫星的位置就可以计算出卫星相对于天线的高度角α、方位角Ω。(计算方法可参见文献：周红进，许江宁，《GPS卫星位置计算及精度鉴定方法研究》，计算机测量与控制，2005，13卷11期，1177-1179页。)

步骤(3)，采用蚁群算法搜索卫星的基线姿态角和β；

步骤(4)，计算基线矢量b；基线矢量包含长度属性和方向属性。

步骤(5)，反算双差整周模糊度矩阵N。

本发明步骤(3)中，根据公式：

cos[2π(Nij+δij)]]]>

计算基线姿态角和β；其中，b为基线长度，λ为射频载波的波长，αⁱ和α^j分别是卫星i和j对基线的载波平面的高度角，Ωⁱ和Ω^j分别是卫星i和j对基线的载波平面的方位角，和β则为基线矢量的航向角和俯仰角；N^ij为相位双差整周模糊度，δ^ij为观测噪声，是均值为零的高斯白噪声。

本发明步骤(4)中，步骤(3)已计算出基线姿态角(航行角俯仰角β)，又已知基线长度b，因此根据极坐标和直角坐标的关系可得基线在当地水平直角坐标系下的三维分量[X_zs Y_zs Z_zs]：

式(10)；

进一步计算出基线在地心坐标系下的三维分量[ΔX ΔY ΔZ]：