[发明专利]一种利用迭代加权模糊度函数法的卫星定向装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用迭代加权模糊度函数法的卫星定向装置，涉及卫星定向技术领域，包括两个GNSS天线、GNSS接收机、MEMS陀螺仪、测量臂和三脚架，所述GNSS天线分别放置在所述测量臂的两端，所述GNSS接收机放置在所述测量臂的旋转中心一侧，所述MEMS陀螺仪放置在所述测量臂的旋转中心另一侧，所述测量臂的旋转中心放置在所述三脚架的平台中心上。本发明还提供了一种利用迭代加权模糊度函数法的卫星定向方法，可有效降低随机干扰对定向算法性能的影响，发明将低成本MEMS陀螺仪与GNSS接收机相结合，加速载波相位模糊度解算，实现了单历元实时定向并极大的提高了定向成功率。

技术领域

本发明涉及卫星定向技术领域，尤其涉及一种利用迭代加权模糊度函数法的卫星定向装置及方法。

背景技术

随着GNSS全球导航卫星系统的发展，天空的中的导航卫星数目不断增加，尤其在2018年12月27日北斗三号基本系统完成建设，开始提供全球服务，各类应用场景对定位精度的需求越来越高。

接收机在给出载体具体的位置及速度信息的基础上，还可以得到接收机到卫星之间的伪距、载波相位等原始信息，而利用卫星接收机进行姿态测量是通过在运动载体上布置相应卫星天线，利用接收到的卫星信号进行相应步骤来检测载体自身的方位角、俯仰角和横滚角，得到载体在行驶中的姿态信息，其中利用载波相位来测量载体的姿态已经广泛用于船舶、飞行器上，在航运、航空航天、测绘、农业等各个领域被广泛应用。

在导航领域，惯性导航系统(INS)作为一种自主式的导航系统，被最多的在传统姿态测量系统应用，它具有其不受外界干扰、隐蔽性强等优点。但惯性导航系统在使用准备时间长，存在时间误差积累误差和温度漂移误差，而且系统体积和重量大、价格极其昂贵、设备安装要求高、机构复杂，维护困难。卫星定向技术利用卫星来提供载体的位置、速度、时间信息外，也可以进行载体姿态的测量，提供载体姿态信息。此外采用被动工作方式，精度高，能够实时测量，其接收机体积小、重量轻、成本低、无随时间累积误差和温度漂移。当然，定向也具有一定局限。接收机天线必须在空旷的环境下，保持视线内一定数量的卫星信号，因此不宜在高楼林立的大型城市、地况复杂的高山、丛林等场合使用；受卫星的影响，卫星可见性和健康状况等直接影响定向的成功与否；另外常规的载波相位整周模糊度求解方法需要较长的初始化时间，姿态测量过程中，接收机需保持对多颗卫星信号的持续锁定跟踪，如果长时间失锁后需要重新解算整周模糊度。为了避免出现周跳，有模糊度函数法为代表的单历元模糊度解算算法。

目前的模糊度函数法算法存在以下缺陷：

(1)模糊度函数法由于只利用了双差载波相位测量值的小数部分，损失了大量模糊度历史值信息，所以在搜索坐标域中有多个峰值格点的模糊度函数值相近，难以区分。

(2)在约束条件少的情况下，模糊度函数法的搜索空间过于巨大，无法实时计算。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用迭代加权模糊度函数法的卫星定向装置及方法，该技术采用载波相位测量的方式，基于载波相位模糊度解算的高精度相对定位原理，利用迭代加权模糊度函数法实现测定两个天线之间的基线矢量，从而通过坐标转换将基线矢量转换到ENU站心坐标系下，实现测定欧拉角的功能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种定向精度高，价格低，结构简单使用方便的卫星定向装置及其卫星定向方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用迭代加权模糊度函数法的卫星定向装置，包括两个GNSS天线、GNSS接收机、MEMS陀螺仪、测量臂和三脚架，所述GNSS天线分别放置在所述测量臂的两端，所述GNSS接收机放置在所述测量臂的旋转中心一侧，所述MEMS陀螺仪放置在所述测量臂的旋转中心另一侧，所述测量臂的旋转中心放置在所述三脚架的平台中心上。