[发明专利]一种基于双天线GPS的定位测姿方法

摘要

本发明基于双天线GPS的定位测姿方法，在刚性载体上呈几何分布设置两个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；利用两个GPS信号接收天线的真实坐标值求得基线向量b_A,B；利用整周单差模糊度求得基线向量_A,B；如果基线向量b_A,B和_A,B乘积的平方根值与基线向量真实长度的差的绝对值小于阈值e₁，则采用基线向量b_A,B的坐标计算出刚性载体的二维坐标航向角α与俯仰角β，即完成刚性载体的定位测姿。本发明的有益技术效果是通过两种不同方法求解基线向量确定姿态，通过设计程序语言验证算法的可行性，保证了求解整周模糊度的快速性与准确性，有效提高了载体定位测姿的准确性和及时性。

主权项

1.一种基于双天线GPS的定位测姿方法，其特征在于，在刚性载体上呈几何分布设置两个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；利用两个GPS信号接收天线的真实坐标值求得基线向量b_A,B；利用整周单差模糊度求得基线向量如果基线向量b_A,B和乘积的平方根值与基线向量真实长度的差的绝对值小于阈值ε₁，则采用基线向量b_A,B的坐标计算出刚性载体的二维坐标航向角α与俯仰角β，即完成刚性载体的定位测姿；否则，重新求得基线向量b_A,B和直至满足两者乘积的平方根值与基线向量真实长度的差的绝对值小于阈值ε₁；所述基线向量真实长度是指两个GPS信号接收天线构成的二维基线向量的长度的绝对值，可直接测量得到；所述阈值ε₁为基线向量真实长度的2％～5％；其中，所述利用两个GPS信号接收天线的真实坐标值求得基线向量b_A,B，包括以下步骤：S201、设接收机A的坐标为(X₁、Y₁、Z₁)且直接采用单点定位结果，接收机B的坐标为(X₂、Y₂、Z₂)且为待求量，接收机A与接收机B的距离很近，直接将已知的接收机A的坐标当做接收机B的概略坐标，(Δx、Δy、Δz)为接收机B的修正量；S202、设有接收机A和接收机B于t时刻同时观测到两颗卫星，于是双差载波相位观测方程为：为简化运算，将式(2)简化为下式(3)：式(1)、(2)和(3)中，表示双差运算，为表示载波双差观测值的小数部分，为距离的双差，为双差整周模糊度，为双差载波相位观测噪声，表示对流层误差，为电离层误差；S203、设有效卫星的个数为n，其中一颗作为双差观测的基本量，可得到n‑1个双差方程，对式(3)进行线性化处理，其双差模式下的观测方程都可以用下面的线性方程概括：Y＝HX+λN+V                (4)式(4)中，H为观测矩阵，即天线指向卫星的余弦参数差值，X为接收机Ⅱ的坐标修正量；Y为已知向量，由接收机Ⅰ及接收机Ⅱ概略坐标到卫星的距离双差和载波观测双差值构成；λ为载波波长，N为双差整周模糊度向量，V为观测误差噪声向量；S204、利用正余弦函数对2π整数倍的不敏感性，对航向角α、俯仰角β和整周模糊度定义自适应度函数F(β，α)，且分别对搜索结果获得的浮点解的适应性进行评价，假设卫星的数量为n，将有n‑1个双差整周模糊度，适应度函数定义为；式(5)中，F(β，α)为定义的适应度函数，为双差整周模糊度浮点解；正确姿态角的适应度函数取值最大值为1，在误差很小的情况下，对于正确的姿态角α、β，浮点解应为整数或十分接近整数，适应度函数值十分接近于1；以此为原则将合适的浮点解四舍五入即可得到整周模糊度值；S205、在确定整周模糊度值后，利用最小二乘估计方法得到天线Ⅱ真实坐标的修正值X：X＝(H^T·H)^‑1H^T·Y    (6)式(6)中，X为天线Ⅱ真实坐标的修正值，H表示观测矩阵，Y为已知向量，由接收机Ⅰ及接收机Ⅱ概略坐标到卫星的距离双差和载波观测双差值构成；S206、根据天线Ⅱ真实坐标的修正值X，求得天线Ⅱ的真实坐标；利用两天线的真实坐标值解算出基线向量的值b_A,B。