[发明专利]一种单频GPS测向系统及其测向定位方法

权利要求书

1.一种单频GPS测向系统，其特征在于：包括双GPS接收机及双天线、ARM9处理器和上位机，其中一台接收机与主天线相连，另一台接收机与从天线相连，与主天线相连的接收机用于解算出主天线的位置和速度，作为参考坐标，再以该坐标为坐标系的原点、基线的长度为半径，构建一个球形坐标空间，通过该球形空间和从天线所观测到卫星的伪距和整周数计算的到双差整周数的搜索区间，将该搜索区间作为已知的双差整周数，通过主天线和从天线观测到的相同的伪距和载波相位整周数构成双差矩阵方程，将此计算得到的基线长度与已知基线长度做比较，通过检测后即认为正确的双差整周数已经找到，此时可以计算出当前基线的姿态。

2. 如权利要求1所述的一种单频GPS测向系统，其特征在于：所述上位机为pc机或嵌入式系统，用于显示相关数据信息。

3.如权利要求1所述的一种单频GPS测向系统，其特征在于：所述ARM9处理器用于航向及导航信息解算，搜索双差整周模糊度，解算天线间的向量和载体的偏航角和俯仰角。

4.如权利要求1所述的一种单频GPS测向系统，其特征在于：所述数据传输口和数据输出接口均分别包括RS232端口。

5.如权利要求1所述的一种单频GPS测向系统，其特征在于：所述基线长度为从天线到主天线的坐标差。

6.如权利要求1所述的一种单频GPS测向系统，其特征在于：对于双天线共同观测到的卫星，要求数量在4颗以上。

7.一种单频GPS测向系统的测向定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)一台GPS接收机通过主天线接收卫星观测量，利用伪距定位方法解算出主天线的位置和速度，将数据传输至数据接收模块；

2)通过主天线和从天线观测到的相同的伪距和载波相位整周数构成双差矩阵方程，在航向解算模块中，通过卫星筛选，整周模糊度判断，基线检测，周跳检测最终确定唯一的整周模糊度值，然后根据得到的整周模糊度值计算基线的姿态；

3)将得到的姿态数据及定位信息，通过数据输出及配置模块，发送至pc或嵌入式系统等上位机，通过上位机显示相关数据信息；

8.如权利要求7所述的一种单频GPS测向系统的测向定位方法，其特征在于：所述步骤2)具体包括以下步骤：

301.首先初始化系统并根据接收机类型、基线长度、载体的概略坐标、屏蔽卫星的PRN号等用户配置信息对系统进行配置，再执行步骤302；

302.对接收机进行初始化。如果初始化完成进入303，否则进入313继续量测，再执行步骤303；

303.整个系统初始化完成之后，数据接收模块开始从串口读取每个历元的观测数据，再执行步骤304；

304.ARM9串口1和串口2读取GPS接收机发送的卫星观测数据，并计算卫星的坐标和速度，在根据预设位置和之后计算得到的载体坐标计算每颗卫星在载体所在本地坐标系的仰角；下一步根据预设的卫星高度角和预先设定的PRN号对卫星进行筛选，然后对每颗卫星的载波观测数据进行周跳检测，并删除不符合检测条件的卫星数据；最后经过筛选和检测后的数据保存起来；因为存在卫星可用性和多径等问题，需要对卫星进行筛选，筛选的方式有两种：一是根据卫星PRN号将不需要的卫星数据删除；二是预设一定卫星高度角，将仰角低于高度角的卫星删除，减少可能存在的多径影响，通过卫星坐标计算及筛选检测之后，进入步骤305；

305.通过主天线接收卫星观测量，利用伪距定位方法解算出主天线的位置和速度，再执行步骤306；

306.使用最小二乘搜索法确定整周模糊度，通过伪距计算确定主天线的坐标，以该坐标为中心点，两接收机间的实际距离即基线长度为半径建立球型基本坐标搜索空间，在该空间中建立搜索栅格，对于每一个栅格上的点，选择3个基本双差观测量，通过最小二乘法分别计算出其对应的双差整周模糊度初值并记录，全部栅格计算完成后，选择这些双差整周模糊度初值中的最大整数值和最小整数值，确定基本搜索空间，搜索成功则进行步骤307，否则进入步骤308；

307.在确定的搜索空间中选取一组待检测的双差模糊度，利用已知的双差观测量计算动态点坐标，并对该动态点进行基线长度检测和方差因子检测对动态点坐标进行进一步筛选，最后采用显著门限比例判决，进入步骤309； 

308.重新搜索双差整周模糊度，进入步骤310；

309.通过基线长度检测和方差因子检测则进入步骤311，否则进入步骤312；

310.双差整周模糊度搜索成功则进入步骤307.否则进入步骤312；

311.解算载体的航向角和俯仰角，进入步骤312；

312.调用数据输出及配置模块，将解算的航向数据和导航信息通过工控机的串口输出，进入步骤313；

313.根据用户需求判断是否进入下一个历元进行观测，需要继续检测则进入步骤303，进入下一历元的计算，否则进入步骤314；

314.在此历元处结束，系统退出。