[发明专利]一种基于惯性导航系统和双天线GPS的定位测姿方法

说明书

本发明基于惯性导航系统和双天线GPS的定位测姿方法，在载体上固定设置惯性导航系统INS和呈几何分布的两个GPS信号接收天线且对应设置两台接收机；将载波相位双差观测方程进行线性化处理，采用CLAMBDA算法利用约束条件求得整周模糊度a的最小二乘浮动解和基线向量b的估计值及其方差‑协方差矩阵；同时，利用无约束的LAMBDA算法寻找一个最小二乘法估计解a_LLS，根据该估计解a_LLS与浮点解计算初始搜索空间大小，求得整周模糊度a；通过端点A和端点B的位置坐标和方向向量之间的关系，求解出载体的二维姿态信息。本发明的有益技术效果是减少了数据存储空间，提高了整周模糊度的搜索效率，提高了系统的整体导航精度与性能。

技术领域

本发明涉及利用GPS卫星导航系统对载体进行姿态解算的方法，具体涉及到一种基于惯性导航系统和双天线GPS的定位测姿方法。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，目前广泛应用于航空、航天、航海和地面载体的导航系统多种多样，存在各自的特点与优点，但同时也具有各自的缺陷。惯性导航系统(inertialnavigation system，INS)具有能够不依赖外界信息，完全独立自主地提供多种较高精度的导航参数的优点，具有抗电子辐射干扰、大机动飞行、隐蔽性好的特点。但是，惯性导航系统的检测精度主要取决于惯性测量器件(陀螺仪和加速度计)，导航参数的误差随时间而累积，不适合长时间导航。GPS作为新型导航系统，能够进行全球、全天候、实时导航，其定位误差与时间无关，具有较高的定位和测速精度。但是，GPS的载体在做高动态的运动时，常使GPS接收机不易捕获和跟踪卫星载波信号，甚至产生周跳现象等。由此可见，GPS和INS具有优势互补的特点。

发明内容

为解决现有技术惯性导航系统和GPS定位系统各自存在的检测精度主要取决于惯性测量器件，不适合长时间导航及做高动态的运动时不易捕获和跟踪卫星载波信号等问题，本发明提出一种基于惯性导航系统和双天线GPS的定位测姿方法。

本发明基于惯性导航系统和双天线GPS的定位测姿方法，在载体上固定设置惯性导航系统INS和呈几何分布的两个GPS信号接收天线且对应设置两台接收机，使得两个GPS信号接收天线构成了一个二维基线向量AB；将基线的端点A作为坐标原点且采用A点位置的GPS原始数据解算结果作为端点A的位置坐标；将载波相位双差观测方程进行线性化处理，采用CLAMBDA算法利用约束条件求得整周模糊度a的最小二乘浮点解和基线向量b的估计值及其方差-协方差矩阵；同时，利用无约束的LAMBDA算法寻找一个最小二乘法估计解a_LLS，根据该估计解a_LLS与浮点解计算初始搜索空间大小，求得整周模糊度a，进而求出端点B的位置坐标；通过端点A和端点B的位置坐标和方向向量之间的关系，求解出载体的二维姿态信息。

进一步的，所述将载波相位双差观测方程进行线性化处理，包括，在载波相位双差模式下相对定位的线性化观测方程可表示为：

y＝Aa+Bb+e (1)

式中，y为载波相位双差观测向量；a为整周模糊度向量；b为基线向量，属于3维实数向量R³；e为噪声及非建模误差项；A是整周模糊度向量的参数矩阵；B是基线向量的参数矩阵。

进一步的，所述采用CLAMBDA算法利用约束条件求得整周模糊度a的最小二乘浮点解和基线向量b的估计值及其方差-协方差矩阵；同时，利用无约束的LAMBDA算法寻找一个最小二乘法估计解a_LLS，根据该估计解a_LLS与浮点解计算初始搜索空间大小，求得整周模糊度a，包括以下步骤：

S1、通过标准最小二乘法平差求基线向量估计值和模糊度最小二乘浮点解与及相应的方差-协方差矩阵，所述方差-协方差矩阵如下式(2)所示：