一种虚拟稳定基线卫星定向方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种虚拟稳定基线卫星定向方法及装置，该方法步骤包括：对卫星信号进行放大、下变频和信号调理，转换为数字信号；对数字信号进行捕获、跟踪和解调，获取卫星的伪距、载波相位和电文等原始观测值；利用原始观测值进行定位解算和载波相位解模糊，计算包含卫星天线基线形变的定向测量值；利用与天线固定连接的光学成像系统测量出卫星天线基线的形变量；用形变量修正卫星天线基线定向结果，得到虚拟的稳定基线的定向结果。本发明专利技术在卫星定向系统的基础上增加一套光学成像测角系统，监测卫星天线在形变环境中可能发生的移位，实现了与环境变化无关的稳定基线定向输出。

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟稳定基线卫星定向方法及装置
本专利技术涉及卫星定向
，尤其涉及一种在形变条件下的卫星定向及数据处理方法和装置。
技术介绍
以⑶3 ￠1013511 ？0811:10111118 3781:6111，全球定位系统)为代表的全球卫星导航系统(61013511 ^^1^81:1011 8^1:61111:6 $781:6111,⑶33)可以提供全天时、全天候的高精度导航、定位和授时服务，在国防和经济建设中产生了巨大效益，是重要的空间和时间基础设施。我国独立自主的“北斗二号”区域卫星导航系统已于2012年底投入正式运营，该系统为我国及周边区域提供与⑶3系统类似的服务功能，计划在2020年前后拓展为全球覆盖的卫星导航系统。 传统的卫星导航接收机通过测量接收机天线与至少四颗卫星的距离，可计算出接收机天线的三维位置。随着数据处理技术的发展，人们发现更为精确的接收机载波相位测量信息在完成载波整周模糊解算后，可用于精确的双天线相对定位，从而将单天线的定位功能拓展至多天线的定向定姿功能。早期的⑶3系统仅提供单频点的民用服务信号，实现多天线定向的核心是实现快速、稳定的载波相位模糊度解算。随着⑶3现代化计划、北斗卫星导航系统计划以及欧洲伽利略卫星导航系统计划的兴起，未来的⑶33系统将提供双频甚至三频的民用服务信号，极大地加快载波相位解模糊算法的效率，推动基于高精度载波相位测量的卫星定向系统在工程测量、自动控制、航空航天等领域的进一步发展。 传统的卫星定向系统将两个⑶33天线固定在待测量基线两端，卫星定向系统计算出两个天线相位中心连线的方位角，从而确定待测量基线的方位。这种方法适用于⑶33天线易于安装，与待测量基线不发生相对形变的应用场合，但在某些振动、扭转等载体发生形变的应用场合中，6^88天线的位置随着环境发生变化，与待测量基线之间的关系并不固定，导致卫星定向系统给出的定向结果并不是待测量基线的实时方位，从而限制了卫星定向系统在形变环境的应用。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的问题是在形变环境中利用卫星定向技术实现稳定的待测量基线的方位测量。为解决上述问题，本专利技术提出一种虚拟稳定基线卫星定向方法及其定向装置，该技术将光学成像测量技术应用于卫星定向系统，利用光学成像测量技术修正因形变导致的卫星定向系统基线与待测量基线偏差的定向方法，从而形成一个不受影响的虚拟稳定基线。 —种虚拟稳定基线卫星定向方法，其步骤如下: 81.双天线卫星信号前端处理 两个⑶33天线的信号分别经过低噪声放大、自动增益控制、混频、滤波转化为中频模拟信号，再由八/0转换将模拟信号采样为数字信号； 82.卫星信号基带处理和原始测量值生成 对数字信号进行捕获、跟踪和解调，在本地恢复出多颗卫星的实时载波相位和扩频码，获取对应的伪距、载波相位和电文原始观测数据； 83.卫星定位定向解算 采用最小二乘或卡尔曼滤波方法进行定位解算得到两个天线的定位结果；采用1^(1^算法完成所述的载波相位模糊度求解，若有两个天线基线长度的先验信息，也可采用快速降维法进行求解；根据单差或双差观测方程模型，利用解模糊后的载波相位计算两个卫星天线的相对定向结果；将相对定向结果转换到定位结果表征的当地东北天坐标系，得到卫星基线的定向测量值； 84.光学成像系统形变测量 与其中一个⑶33天线固连的目标光源发出光束，与另一个⑶33天线固连的成像模块接收光束并对目标光源进行实时成像，根据图像中目标光源的位置变化，计算与光源和成像模块固连的两个天线的相对形变量； 85.卫星定向结果修正输出 光学成像系统测得的相对形变量除以天线基线长度，得到以弧度表示的⑶33天线方位校正量，用天线的定向结果减去方位校正量，得到虚拟的稳定基线的定向结果。 一种虚拟稳定基线卫星定向装置，包括: 6^88天线，用于安装在待测基线两端，若待测基线有多条可利用多个⑶33天线； 卫星定向接收模块，用于接收⑶33天线的导航信号，完成基于载波相位的⑶33天线基线的相对定位定向，输出至综合处理模块； 目标光源模块，该模块与其中一个⑶33天线固定连接，用于发出光束供光学成像模块接收； 光学成像模块，该模块与另一个⑶33天线固定连接，用于接收目标光源发出的光束并成像，获得目标光源的像在图像上的位移变化，作为形变量输出至综合处理模块； 综合处理模块，用于接收卫星定向接收模块的相对定位定向信息和光学成像模块输出的形变量，计算⑶33天线偏离待测基线的偏差并进行校正，输出经校正后的待测基线方位信息完成定向。 优选地，6^88天线是内置低噪声放大器的零相位中心测量型天线，适合于多个频段⑶33信号的接收。 优选地，卫星定向接收模块进一步可以分为射频模块、信号处理模块和定位定向模块，其中:射频模块包含下变频器、放大器、滤波器、八/0转换模块，将天线接收的信号转换为数字信号；信号处理模块是处理数字信号的多通道捕获、跟踪电路，在本地复制出导航信号的载波相位和扩频码，获取不同卫星的载波相位、伪距和电文观测值，通常采用？？以、^810芯片或等软硬件混合方式实现；定位定向模块一般是运行在微处理器中的软件模块，根据原始观测值完成两个天线的定位和相对定向。 优选地，目标光源模块和光学成像模块是一套光学成像测量系统，分别与两个天线固定连接。其中目标光源是[￡0光源，光学成像测量模块采用线性冗0阵列或二维冗0阵列对光源成像，输出仅与天线位移相关的形变测量。 优选地，综合处理模块完成定向信息融合和输出，与定位定向模块共用微处理器。 本专利技术公开了一种在形变条件下利用卫星定向技术和光学成像技术，实现一个虚拟的不随形变变化的稳定基线，并准确测量该基线方位的定向方法和系统。该方法步骤包括:对卫星信号进行放大、下变频和信号调理，转换为数字信号；对数字信号进行捕获、跟踪和解调，获取卫星的伪距、载波相位和电文等原始观测值；利用原始观测值进行定位解算和载波相位解模糊，计算包含卫星天线基线形变的定向测量值；利用与天线固定连接的光学成像系统测量出卫星天线基线的形变量；用形变量修正卫星天线基线定向结果，得到虚拟的稳定基线的定向结果。本专利技术在卫星定向系统的基础上增加一套光学成像测角系统，监测卫星天线在形变环境中可能发生的移位，实现了与环境变化无关的稳定基线定向输出。 相对于现有技术，本专利技术提出在传统卫星定向基础上，增加一套光学成像测量系统测量卫星天线基线与待测基线的偏差，通过将卫星定向技术与光学测量技术的组合应用，实现了一种不随环境形变变化的虚拟稳定基线，可应用于振动、摇摆等场景的基线定向，或天线基线因无法固连产生形变的基线监测等应用。 【附图说明】 图1为本专利技术利用光学成像测量系统校正卫星基线偏移的原理示意图； 图2为本专利技术提供的虚拟稳定基线卫星定向方法流程示意图； 图3为本专利技术提供的一种基于光学测量校正的卫星定向装置的具体结构图。 【具体实施方式】 为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟稳定基线卫星定向方法，其特征在于：其步骤如下：S1.双天线卫星信号前端处理两个GNSS天线的信号分别经过低噪声放大、自动增益控制、混频、滤波转化为中频模拟信号，再由A/D转换将模拟信号采样为数字信号；S2.卫星信号基带处理和原始测量值生成对数字信号进行捕获、跟踪和解调，在本地恢复出多颗卫星的实时载波相位和扩频码，获取对应的伪距、载波相位和电文原始观测数据；S3.卫星定位定向解算采用最小二乘或卡尔曼滤波方法进行定位解算得到两个天线的定位结果；采用Lamda算法完成所述的载波相位模糊度求解，当有两个天线基线长度的先验信息时，也能够采用快速降维法进行求解；根据单差或双差观测方程模型，利用解模糊后的载波相位计算两个卫星天线的相对定向结果；将相对定向结果转换到定位结果表征的当地东北天坐标系，得到卫星基线的定向测量值；S4.光学成像系统形变测量与其中一个GNSS天线固连的目标光源发出光束，与另一个GNSS天线固连的成像模块接收光束并对目标光源进行实时成像，根据图像中目标光源的位置变化，计算与光源和成像模块固连的两个天线的相对形变量；S5.卫星定向结果修正输出光学成像系统测得的相对形变量除以天线基线长度，得到以弧度表示的GNSS天线方位校正量，用GNSS天线的定向结果减去方位校正量，得到虚拟的稳定基线的定向结果。...

【技术特征摘要】
1.一种虚拟稳定基线卫星定向方法，其特征在于:其步骤如下: 51.双天线卫星信号前端处理 两个GNSS天线的信号分别经过低噪声放大、自动增益控制、混频、滤波转化为中频模拟信号，再由A/D转换将模拟信号采样为数字信号； 52.卫星信号基带处理和原始测量值生成 对数字信号进行捕获、跟踪和解调，在本地恢复出多颗卫星的实时载波相位和扩频码，获取对应的伪距、载波相位和电文原始观测数据； 53.卫星定位定向解算 采用最小二乘或卡尔曼滤波方法进行定位解算得到两个天线的定位结果；采用Lamda算法完成所述的载波相位模糊度求解，当有两个天线基线长度的先验信息时，也能够采用快速降维法进行求解；根据单差或双差观测方程模型，利用解模糊后的载波相位计算两个卫星天线的相对定向结果；将相对定向结果转换到定位结果表征的当地东北天坐标系，得到卫星基线的定向测量值； 54.光学成像系统形变测量 与其中一个GNSS天线固连的目标光源发出光束，与另一个GNSS天线固连的成像模块接收光束并对目标光源进行实时成像，根据图像中目标光源的位置变化，计算与光源和成像模块固连的两个天线的相对形变量； 55.卫星定向结果修正输出 光学成像系统测得的相对形变量除以天线基线长度，得到以弧度表示的GNSS天线方位校正量，用GNSS天线的定向结果减去方位校正量，得到虚拟的稳定基线的定向结果。2.一种虚拟稳定基线卫星定向装置，其特征在于，包括GNSS天线、卫星定向接收模块、目标光源模块、光学成像模块和综合处理模块； GNSS天线，用于安装在待测基线两端，若待测基线有多条可利用多个GNSS天线； 卫星定向接收模块，用于接收GNSS天线的导航信号，完...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓峰，罗丁，肖茂森，陆卫国，刘建华，朱宇虹，翟玉涛，蒙连胜，
申请(专利权)人：湖南航天电子科技有限公司，中国人民解放军第二炮兵装备研究院第四研究所，中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43