[发明专利]基于载波相位差分的双天线一体式定位定向系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星导航定位定向系统，特别是涉及基于载波相位差分的双天线一体式定位定向系统及方法。

背景技术

如何准确可靠地获得被测物体的位置及方向，在建筑测量、土地测量、航空航海航测、阵地布防、炮兵测地、雷达通信、无人机控制等军民应用领域中有着广泛的需求和应用前景。

传统的一般主要采用平台罗经系统进行方向角度的测量，但该系统一般比较笨重，且可靠性不高，而且测量精度随时间漂移；另外，其价格也比较高，限制了其广泛应用。而高精度的测量设备，往往掌握在国外设备厂商手中，价格昂贵且不易获得，在使用时初始定向时间过长，它的精度随时间而变化，长时间工作会累积较大误差。

使用经纬仪或天文测量法可精确获得真北方向值，但是仪器较为笨重，测量要求复杂，计算相当繁琐，定向效率不高，设备安装、校正、读数等都有可能带来各种随机误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种体积小、成本低，使用可靠的基于载波相位差分的双天线一体式定位定向系统及方法，该系统定向精度高，无时间积累误差，提高了系统稳定工作的时间；通过实时解算的方法完成差分解算，可在静态或动态下获得载体的位置和航向结果，首次定向时间短，实时性强。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于载波相位差分的双天线一体式定位定向系统，它包括天线单元和主机单元，所述天线单元包括前天线、后天线、低噪声放大器A和低噪声放大器B，主机单元包括时钟模块、主处理单元、副处理单元、差分数据处理模块和差分定向解算模块，后天线通过低噪声放大器B连接副处理单元，前天线通过低噪声放大器A连接主处理单元，主处理单元和副处理单元的数据输出端分别与差分数据处理模块的数据输入端相连，差分数据处理模块通过差分定向解算模块输出定位、测速、定向结果。

主处理单元包括多频射频模块A、基带处理模块A和定位解算模块A，低噪声放大器A的信号输出端依次通过多频射频模块A、基带处理模块A和定位解算模块A与差分数据处理模块的数据输入端相连。

副处理单元包括多频射频模块B、基带处理模块B和定位解算模块B，低噪声放大器B的信号输出端依次通过多频射频模块B、基带处理模块B和定位解算模块B与差分数据处理模块的数据输入端相连。

所述的多频射频模块A和多频射频模块B均包括混频器、滤波器、放大器和A/D转换器，混频器依次通过滤波器和放大器与A/D转换器相连。

基于载波相位差分的双天线一体式定位定向的方法，它包括如下步骤：

S1：前天线和后天线分别接收卫星导航信号，信号分别经低噪声放大器A和低噪声放大器B放大后进入北斗卫星接收主机单元；

S2：主机单元中有两路单独的处理单元，主处理单元和副处理单元，两路单独的处理单元分别对接收的射频信号进行处理，完成定位；

S3：主处理单元和副处理单元分别将同步后的原始观测量和定位结果通过通信串口传送给差分数据处理模块；

S4：主处理单元接收副处理单元的数据，联合自身的原始观测量数据和定位结果，进入差分定向解算模块；

S5：差分定向解算模块对输入的数据进行差分定向解算，并输出整机的定位、测速、定向结果。

所述主处理单元和副处理单元对射频信号的处理均包括如下子步骤：

S21：射频模块对接收的信号依次进行下变频、滤波、放大和A/D采样处理后，送入基带处理模块；

S22：基带处理模块进行卫星信号的捕获、跟踪、载波恢复、电文解调和原始观测量提取；

S23：处理后的导航电文信息和原始观测量送入定位解算模块进行定位解算，输出定位、测速结果和钟差信息。

所述的定位解算包括如下子步骤：

S231：定位解算模块收到观测量中断消息后，剔除掉重复卫星和故障卫星的观测数据；

S232：对观测量和本地时间进行处理，计算出码相位、载波相位和多普勒；

S233：读取对应卫星的星历、钟差等参数信息，完成卫星位置和速度的解算；

S234：利用最小二乘法调用定位解算函数进行码单点定位、测速解算；

S235：完成后输出定位、测速结果及钟差信息，利用钟差信息对码相位和载波相位进行时间同步，将有效差分数据发送给差分数据处理模块。

所述的差分定向解算包括如下子步骤：

S51：读取主处理单元和副处理单元差分数据的时间标记，如果时间同步，则进入S52；否则丢弃时间较晚的差分数据，继续等待差分数据中断；