[发明专利]基于导航卫星信号单短基线的定向方法

说明书

本发明属于导航测量技术领域与卫星导航应用技术领域，公开了一种基于导航卫星信号单短基线的定向方法。本发明首先建立单测量短基线在地心坐标系中的方向矢量的估值模型；然后计算单测量短基线在地心坐标系中的方向矢量估值；最后计算单测量短基线的方位角估值和高低角估值，从而完成该基线的定向。本发明利用目标上的由两个导航卫星信号接收天线构成的单测量基线完成测量基线的定向，将测量基线的长度控制在卫星下行载波信号的半个波长之内，大幅度缩短测量基线，可以安装在小型或微型目标上。

技术领域

本发明属于导航测量领域与卫星导航应用技术领域，涉及一种基于导航卫星信号单短基线的定向方法。

背景技术

目前，实际应用的基于导航卫星信号的目标定向测量方法都要求米级、甚至十米级以上长度的测量基线，这在很大程度上限制了卫星导航信号在目标定向测量方面的应用，造成了目前卫星导航信息定向应用都集中在大型目标上，而小型与微型目标无法应用的现状。当前所有基于导航卫星信号定向的货架产品，当测量基线小于导航卫星下行载波信号的一个波长时，都会出现目标定向测量结果不稳定甚至错误的情况。为了解决上述难题，有必要研究一种基于短测量基线的目标定向方法，尽可能减小安装在目标上的导航卫星信号接收天线之间的测量基线的长度，从而将太空中越来越多的导航卫星的导航信号直接用于微小目标的定向之中，为这类目标提供一种尺寸较小、价格低廉、精度稳定的直接定向方法。目前还未见到该方面的研究成果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于导航卫星信号单短基线的定向方法，将测量基线的长度控制在导航卫星下行载波信号的半个波长之内，利用导航卫星下行载波信号到达不同测量天线上的相位差，直接求解测量基线在空间的方向。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于导航卫星信号单短基线的定向方法，包括如下步骤：

步骤一：建立单测量短基线在地心坐标系中的方向矢量的估值模型；

记目标上安装的两个导航卫星信号接收天线所构成的单测量基线长度为D，记目标可接收到导航卫星信号的导航卫星为S_i(i＝1,2,…,N)，这些导航卫星在地心坐标系中的位置坐标为X_i＝(x_i,y_i,z_i)，第i颗导航卫星的第j个导航电波中心频率所对应的波长为λ_ij(j＝1,2,…,M_i)，M_i表示第i颗导航卫星所具有的导航电波中心频率总数，目标在地心坐标系中的位置坐标为X＝(x,y,z)。

根据电磁波传输的基本特性，建立单测量短基线在地心坐标系中方向矢量的估值模型：

式中，δθ_ij为导航电波到达两个接收天线的电波相位差，且ε_ij为对应相位差的测量误差，

步骤二：计算单测量短基线在地心坐标系中的方向矢量估值；

采用最小二乘法求解估值模型(1)，可得单测量短基线在地心坐标系中的方向矢量估值：

式中，为相角差δθ_ij的测量误差ε_ij的二阶矩。

步骤三：计算单测量短基线的方位角估值和高低角估值，从而完成该基线的定向；

首先计算单测量短基线在当地北天东坐标系中的方向矢量估值；然后计算该基线对应的方位估值和高低角估值从而完成基线的定向。

进一步的，测量短基线的长度控制在卫星下行载波信号的半个波长之内。

进一步的，测量基线的长度D一般可取不大于95mm。