[发明专利]一种基于北斗系统的船舶姿态测量设备及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于北斗系统的船舶姿态测量设备及测量方法，测量设备包括射频接口模块、两个北斗双天线测向接收机、测姿模块、数据存储模块和通信接口模块。与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明利用现有的北斗双天线测向接收机板卡进行测量，利用板卡自身的互差分技术能够准确计算出两个天线之间的相对基线长度和方向，从而消除了对差分基准站的依赖。通过利用两个北斗双天线测向接收机板卡对一个公用的北斗卫星导航天线共同测量，建立起两个北斗双天线测向接收机板卡测量数据的相互联系和测量坐标值统一，从而实现两个北斗双天线测向接收机板卡的数据融合。

技术领域

本发明涉及一种基于北斗系统的船舶姿态测量设备及测量方法。

背景技术

传统的船舶测姿依赖于高精度陀螺仪和高精度加速度计组成的惯性导航系统，但是该测量方式具有导航误差随时间累积的缺陷，并且其价格相对比较昂贵。同时，惯性导航系统需要进行精准的安装和标定。由于价格，安装标定复杂等客观因素，导致惯性导航系统在船舶测量方面的普及受到限制。

随着我国北斗三号卫星导航系统的建成与投入使用，与卫星定位、导航、授时相关的卫星应用在我国必将快速普及。与惯导相比，北斗系统能够提供全天时、全天候定位功能，相对价格低廉且能保证较高测量精度。因此，在某些方面，基于北斗多天线的船舶测姿方法相对惯导测姿有一定优势。

目前常用的北斗测姿设备为双天线测向接收机，只能准确测量两个姿态角，无法满足三维姿态角的准确测量。并且船体航向、横摇、纵摇信息是相互耦合的，无法通过多台双天线测向接收机独立测量。

采用RTK精准定位技术可以利用多台北斗接收机测量各个点位的位置，进而通过数据后处理的方法计算船体姿态。但是该方案的缺点是无法实现实时测量，并且必须配备基准站设备，成本高、应用范围受基准站位置限制。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于北斗系统的船舶姿态测量设备及测量方法，利用两个商用的双天线测向接收机板卡进行组合，根据双天线测向接收机基线和方向测量精度高、绝对定位精度相对差的特性，创新性的使用公用天线进行测量，消除两个双天线测向接收机板卡定位的偏差，进而通过数据融合处理的方法，计算出船舶的准确三维姿态信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于北斗系统的船舶姿态测量设备，包括射频接口模块、两个北斗双天线测向接收机、测姿模块、数据存储模块和通信接口模块，其中：

所述射频接口模块包含卫星信号功分器，用于将三个北斗卫星导航天线A、B、C的射频信号传入两个北斗双天线测向接收机，其中所述卫星信号功分器用于将公用北斗卫星导航天线B的射频信号分成两路，分别传给两个北斗双天线测向接收机；

所述两个北斗双天线测向接收机通过射频接口模块分别连接两个北斗卫星导航天线，用于测量北斗卫星导航天线的安装位置以及两个天线之间的基线和夹角信息，并输出定位和测姿信息给测姿模块；

所述测姿模块对接收的两个北斗双天线测向接收机的定位和测姿信息，经过数据同步、定位数据关联和数据融合测姿处理，输出标定参数和船舶的实时姿态测量信息给数据存储模块，同时将船舶的实时姿态测量信息通过通信接口模块进行输出。

本发明还提供了一种基于北斗系统的船舶姿态测量方法，包括如下步骤：

步骤一、将两个北斗双天线测向接收机获取的定位信息和测姿信息转换为本地坐标；

步骤二、根据基线和定位位置信息，计算出天线A和天线C的本地坐标；

步骤三、利用3个天线的坐标值计算天线平面的姿态角；

步骤四、根据天线平面和传递坐标系之间角度关系，计算出船体的姿态角。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：