[发明专利]用于基于具有确信完整性的GNSS载波相位测量结果来估计姿态和航向的系统和方法

说明书

本发明提供了用于估计姿态和航向的系统和方法。该系统和方法利用载波相位单差(CSD)测量结果或载波相位双差(CDD)测量结果以及CSD或CDD测量残差的验证测试。该系统和方法包括将具有GNSS载波信号波长的±一半的极限的包裹函数应用于CSD或CDD测量残差以生成细化的CSD或CDD测量残差，以及验证细化的CSD或CDD测量残差方差以确定有效CSD或CDD测量结果。通过使用经验证的CSD和CDD测量结果，该系统和方法使得低级混合惯性导航系统即使在飞行/操作的静态或稳定阶段期间也能够以完整性且在没有磁力计或不需要整周模糊度分辨率的情况下估计姿态和航向。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月10日提交的标题为“SYSTEM AND METHODS FORESTIMATING ATTITUDE AND HEADING BASED ON GNSS CARRIER PHASE MEASUREMENTS WITHASSURED INTEGRITY”的美国临时申请序列第63/076,649号的权益，该临时申请据此以引用方式并入本文。

关于非美国赞助研究或开发的声明

产生该申请的项目已根据拨款协议第807097号从欧盟地平线2020研究和创新计划下的清洁天空2联合执行体获得资金。

背景技术

低级混合惯性导航系统(例如，全球导航卫星系统(GNSS)辅助姿态和航向参考系统(GPAHRS))依赖于外部测量结果来在飞行/操作的静态或稳定阶段期间辅助航向。这些系统不能使用陀螺仪罗盘定向来估计航向，因此通常使用磁力计来提供航向估计。然而，使用磁力计是有问题的，因为磁力计易受环境条件的影响并且具有依赖于位置(不能在磁极附近使用)的有限性能。

发明内容

在一个示例中，一种用于估计系统的姿态和航向的方法包括从一个或多个惯性传感器获得惯性测量结果和从通信地耦接到相应GNSS天线的两个或更多个全球导航卫星系统(GNSS)接收器获得原始载波相位测量结果。该方法进一步包括由原始载波相位测量结果确定载波相位双差(CDD)测量结果，并且基于统计滤波器预测状态来确定预测CDD值。该方法进一步包括基于CDD测量结果和预测CDD值来确定CDD测量残差和相应的方差，并且将具有GNSS载波信号波长的±一半的极限的包裹函数应用于CDD测量残差以生成细化的CDD测量残差。该方法进一步包括验证细化的CDD测量残差方差以确定有效CDD测量结果，并且使用有效CDD测量结果和惯性测量结果来估计系统的姿态和航向。

在另一个示例中，一种系统包括被配置为捕获惯性测量结果的一个或多个惯性传感器。该系统进一步包括通信地耦接到第一GNSS天线的第一全球导航卫星系统(GNSS)接收器，其中第一GNSS接收器被配置为从多个GNSS卫星接收信号。该系统进一步包括通信地耦接到第二GNSS天线的第二全球导航卫星系统(GNSS)接收器，其中第二GNSS接收器被配置为从多个GNSS卫星接收信号。该系统进一步包括通信地耦接到存储器、一个或多个惯性传感器、第一GNSS接收器和第二GNSS接收器的至少一个处理器。该至少一个处理器被配置为从一个或多个惯性传感器获得惯性测量结果，并且从第一GNSS接收器和第二GNSS接收器获得原始载波相位测量结果。该至少一个处理器被进一步配置为由原始载波相位测量结果确定载波相位双差(CDD)测量结果，并且基于统计滤波器预测状态来确定预测CDD值。该至少一个处理器被进一步配置为基于CDD测量结果和预测CDD值来确定CDD测量残差和相应的方差，并且将具有GNSS载波信号波长的±一半的极限的包裹函数应用于CDD测量残差以生成细化的CDD测量残差。该至少一个处理器被进一步配置为验证细化的CDD测量残差以确定有效CDD测量结果，并且使用有效CDD测量结果和惯性测量结果来估计系统的姿态和航向。