[发明专利]一种六天线短基线GNSS快速定向装置及方法

说明书

本发明提供了一种六天线短基线GNSS快速定向装置及方法，每条基线两端的GNSS测量天线与一台双天线定位接收机相连，三台双天线定位接收机的载波相位双差分值经FPGA采集模块传输至DSP导航解算模块进行航向角和俯仰角的解算；采用六天线的短基线布局，主基线矢量与载体行进方向平行，两条辅助基线矢量与主基线矢量长度相同，分别与主基线向量成120度和240度角布设，三条基线向量相交于主基线矢量的几何中心，利用基线旋转矩阵的对称性实现GNSS基线向量的快速整周模糊度解算，进一步采用最小二乘算法实现基线向量的快速解算。本发明在观测卫星数量为4的情况下即可计算载体的航向角与俯仰角，定向速度快、定向精度高。

技术领域

本发明属于载体定向技术领域，尤其涉及一种六天线短基线GNSS快速定向装置及方法。

背景技术

随着我国北斗定位系统提供全球位置服务，研究面向农业机械与移动车辆的GNSS高精度定向技术获得了广泛关注，该定向技术具有成本低、易于实施等特点，然而常规的双天线定向技术需要获取短基线载波相位双差分值的整周模糊度。整周模糊度求解方法一般包括基于观测域、位置域、模糊度域及测量域四种，其中测量域的计算量最小、实时性较好。然而常规的基于测量域的整周模糊度解算，在应用于移动载体的定向时(如农机转弯)，仍存在求解速度慢的问题，且一般要求可观测卫星数量大于等于6颗，要求较苛刻。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种六天线短基线GNSS快速定向装置及方法，可在观测卫星数量小于6颗时，快速求解载体的航向角与俯仰角，定向精度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种六天线短基线GNSS快速定向方法，六个GNSS测量天线构造三条相交的测量基线矢量，通过求解三条测量基线矢量的载波相位双差分值，解算测量基线载波相位双差的整周模糊度，由测量基线矢量在地理坐标系下的表示形式，进而获取载体航向角和俯仰角。

进一步，所述三条相交的基线矢量的构造方法为：主测量基线与载体行进方向平行，两条辅助测量基线与主测量基线长度相同，分别与主测量基线向量成和布设，三条测量基线相交于主测量测量基线的几何中心。

进一步，所述整周模糊度的计算过程为：

S1，设主测量基线矢量、量辅助测量基线矢量在导航坐标系中分别为向量A₁、向量A₂和A₃，且其中：为载体坐标系下主测量基线向量至辅助测量基线向量的旋转矩阵，ξ＝1、2，为主测量基线矢量在载体坐标系的向量表示，为载体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵；

S2，三条测量基线向量的载波相位双差分值之和为：

其中：为GNSS双天线载波相位双差值，λ为GNSS载波波长，G_i、G_j分别为地理坐标系下GNSS测量天线至第Sⁱ、S^j颗卫星的单位向量，载波相位双差的浮点模糊度值为GNSS双天线载波相位双差值的整周模糊度，α₁、α₂分别为两条辅助测量基线与主测量基线的夹角，I为三阶单位矩阵；当时，不考虑的z轴向变换，可得对取整，即得测量基线载波相位双差的整周模糊度。

进一步，所述测量基线矢量在地理坐标系下的表示形式采用最小二乘算法计算。

进一步，所述载体航向角φ＝tan^-1(x，y)，其中x、y、z为导航坐标系下测量基线向量坐标。

更进一步，所述载体俯仰角