[发明专利]一种调零天线卫星导航接收机定位校正方法

说明书

一种调零天线卫星导航接收机定位校正方法，其特征在于：(1)以阵列几何中心为原点建立直角坐标系XYZ，则阵元坐标矢量ρ_n为已知量；(2)通过阵列参数得到两种不同的相位方向图表示方法，并建立方程；(3)在方程中选取多个不同的角度值，建立方程组，求解XYZ坐标系下相位中心坐标M；(4)由天线姿态参数构成旋转矩阵S；(5)导航接收机解算的相位中心在WGS‑84坐标系下坐标为M′；(6)通过M、S、M′可以计算调零天线几何中心在WGS‑84坐标系下坐标V，完成定位误差校正。该方法能够实时校正由于调零天线加权导致的卫星导航接收机定位误差，可以应用于采用调零天线的高精度卫星导航接收机。

技术领域

本发明涉及到卫星导航接收机定位领域，具体涉及到采用调零天线的卫星导航接收机定位校正方法。

技术背景

在卫星导航接收机中常采用基于功率倒置准则的调零天线对干扰进行抑制，它不需要知道导航卫星信号的波达方向(Direction of Arrival，DOA)就能达到很好的抗压制式干扰的效果。调零天线需要通过自适应算法，获得每个阵元对应的权值，再对阵列接收信号进行加权求和，得到最后的抗干扰后的输出信号，并传递给导航接收机进行接收机位置坐标解算。在高精度导航定位中，接收机解算的位置坐标，其实是天线相位中心在WGS-84地球坐标系下的坐标，但我们实际需要的是天线几何中心位置在WGS-84地球坐标系下的坐标。天线几何中心和相位中心的误差，就是导航接收机的定位误差。对于采用无源天线的导航接收，由于无源天线相位中心是固定的，可以在暗室通过测量方式获得天线相位中心与天线几何中心的相对关系，从而实现定位误差校正。但是，对于调零天线，该方法不适用。因为调零天线的相位中心决定于天线加权值，而权值又是随着干扰信号条件变化而变化的，即调零天线的相位中心位置是随工作状态实时变化的，无法进行暗室测量。

为了校正获得调零天线几何中心在WGS-84地球坐标系下的坐标，需要实时计算调零天线相位中心，并根据相位中心与几何中心位置关系，以及天线姿态信息，实现对接收机解算的位置坐标进行校正。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在高精度导航定位系统中，由于调零天线相位中心随权矢量实时变化，导致接收机定位误差，即相位中心与几何中心误差也是实时变化的。

解决该技术问题的方案是一种调零天线卫星导航接收机定位校正方法，其特征在于：

(1)天线阵面是N个理想点源阵元构成的均匀平面阵列，阵元间距l为载波频率对应波长的一半，其中N是大于1的自然数；以阵列几何中心为原点建立直角坐标系XYZ，阵面位于X-Y平面内，Z轴垂直阵面；任一阵元n在坐标系下的位置用矢量ρ_n表示，其中n＝1,...,N；设阵列相位中心与阵列几何中心不重合，阵列相位中心位置坐标用矢量M＝[x_a y_a z_a]^T表示，则M为待求解量，符号“T”表示求转置；

(2)已知调零天线第n个阵元的加权值A_n和分别表示幅度加权值、相位加权值，k为空间波数，k＝2π/λ；假设表示在角度方向上距原点单位距离处的相位方向图，θ和分别表示俯仰角和方位角，则相位方向图可以表示为其中，angle意为对表达式取相角，表示方向对应的单位矢量；同时，根据相位中心的定义，调零天线在角度方向上距原点单位距离处的相位方向图还可以表示为把上述两种相位方向图计算方法结合，可以得到方程

(3)在卫星信号入射角度范围内任意取Q个离散角度Q为大于3的整数，q＝1,...,Q，代入第(2)步的方程中，得到Q个方程构成的方程组；利用最小二乘法求解该方程组，得到阵列相位中心坐标M＝[x_a y_a z_a]^T；

(4)根据调零天线姿态传感器，获得天线阵面在WGS-84坐标系下的姿态信息，并由姿态信息计算旋转矩阵S；