一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法技术

一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法，首先设定线缆偏差的初始值lb0＝0，方差P0＝1；然后根据S1中设置的线缆偏差初始值及其方差，利用ARMA模型对线缆偏差进行时间更新；利用双差载波相位相对定位的基线矢量、天线伪距单点定位坐标及卫星坐标，建立去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程；接着根据线缆偏差预报值及其方差和去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程进行融合测量更新，得到滤波的线缆偏差以及两个天线的相对位置信息，然后将相对位置信息转化为载体的航向角和俯仰角；最后将S4得到的滤波线缆偏差及其方差赋给S1中的线缆偏差初始值及其方差。其解决了线缆偏差由于温度和机械力等因素导致的漂移问题，从而提高卫星实时精密定姿精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星实时精密定姿的方法，特别涉及一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法。
技术介绍
卫星实时精密定姿技术是一种利用移动载体上的两或多天线高精度载波相位观测值观测值进行差分相对定位从而实现载体航向及姿态测量的相位差分定姿技术，在车辆航向指示、飞机定姿和驾校自动监考等领域有广泛的应用前景。在进行卫星实时精密定姿工作时，卫星信号接收机利用多个天线的卫星观测数据，首先进行同步载波相位差分相对定位，然后将载体天线间的相对位置信息转化为载体的姿态。目前已有的用于实时卫星精密定姿方法主要有基于线缆偏差常量补偿的单差载波相位差分定姿法(参见[1]JiunhanKeongandGérardLachapelle.HeadingandPitchDeterminationUsingGPS/GLNOASS，2000.[2]王永泉.长航时高动态条件下GPS/GLONASS姿态测量研究,上海交通大学，2008.)，这种典型的方法难以有效解决以下问题：线缆偏差因温度变化和机械力等导致的漂移；线缆偏差漂移使得定姿精度难以提高甚至降低。
技术实现思路
针对基于共时钟接收机采用单差相位精密定姿技术中线缆偏差因温度变化和机械力等导致漂移而降低定姿精度的问题，本专利技术提出了一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法。其是一种基于自回归滑动平均(ARMA)线缆偏差预报与单差载波信息实时融合滤波定姿的方法。ARMA是时间序列分析领域的常规体系，是学习过时间序列分析的技术人员的熟知概念。本专利技术首先利用ARMA模型对线缆偏差进行时间更新预报，然后根据单差载波相位观测方程以及线缆偏差预报信息进行融合测量更新，实现在线缆偏差约束下的单差载波相位相对定位，最后将高精度的相对位置信息转化为载体姿态。该方法突破了常规方法要求定姿设备处于恒定温度的限制，以及解决了常规方法受制于接收机内部通道时延波动而定姿精度难以提升甚至降低的问题，有效地提高了卫星定姿精度。本专利技术的技术方案是：一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设定线缆偏差的初始值lb0＝0，方差P0＝1；S2：根据S1中设置的线缆偏差初始值及其方差，利用自回归滑动平均ARMA模型对线缆偏差进行时间更新，即预报线缆偏差值及其方差；S3：利用双差载波相位相对定位的基线矢量、天线伪距单点定位坐标及卫星坐标，建立去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程；S4：根据线缆偏差预报值及其方差和去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程进行融合测量更新，得到滤波的线缆偏差以及两个天线的相对位置信息，然后将相对位置信息转化为载体的航向角和俯仰角；S5：将S4得到的滤波线缆偏差及其方差赋给S1中的线缆偏差初始值及其方差阵。本专利技术中，步骤S2中，利用ARMA模型对线缆偏差进行时间更新的具体方法是：利用ARMA(1,0)模型预报线缆偏差：根据线缆偏差前一时刻的值以及方差，利用ARMA(1,0)模型进行预报；{lb(ti)=lb(ti-1)+wPlb(ti)=Plb(ti-1)+Q---(1)]]>式(1)中，lb(ti)为ti时刻即当前时刻预报的线缆偏差值，单位为周；lb(ti-1)为前一时刻线缆偏差值，单位为周；为前一时刻线缆偏差的方差，单位为周的平方；为当前时刻线缆偏差的方差，单位为周的平方；w为白噪声，单位为周；Q为ARMA(1,0)模型的噪声，单位为周的平方。本专利技术中，步骤S3的具体方法是：1)建立单差载波相位观测方程：假设移动载体或飞行器安装的卫星信号接收天线分别为A和B，根据A、B天线对于k号卫星观测的非差载波相位观测值和建立单差载波相位观测方程；ΔφABk=ΔρABk/λ+ΔNABk+lb+e---(2)]]>式(2)中，为A、B天线对k号卫星的单差载波相位观测值，单位为周；为A、B天线对k号卫星的单差几何距离，单位为米；λ为某个频点的对应波长，单位为米；为A、B天线对k号卫星的单差载波相位模糊度；lb为线缆偏差，单位为周；e为单差载波相位观测值噪声，单位为周；2)建立去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程：根据传统的双差载波相位相对定位的基线矢量rAB,dd、天线A伪距单点定位坐标及卫星坐标求得单差整周模糊度。{ΔNABk=round(ΔφABk-ΔρABk/λ)ΔρABk=||(rA+rAB,dd)-rk||-||rA-rk||---(3)]]>式(3)中，rA为A天线的伪距单点定位坐标，单位为米；rAB,dd为A、B天线间的双差载波相位定位矢量，单位为米；rk为k号卫星的坐标，单位为米；round表示四舍五入圆整运算；||·||表示取模运算；将式(3)求得单差载波相位模糊度代入单差载波相位观测方程式(2)，并以天线B作为初始坐标进行线性化，得到k号卫星无单差模糊度参数的线性单差载波相位观测方程。将所有可见卫星的单差载波相位观测方程按上述方法去掉模糊度参数，可得到无去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程，Z＝(H/λ)drAB+1·lb+e(4)式(4)中，Z为所有可见卫星单差观测方程线性化后的线性自由项，单位为周；H为视线矩阵；drAB为A、B天线间双差基线矢量的改正数，单位为米；1所有元素为1的列向量，维数为可见卫星个数。线性自由项Z和视线矩阵H的表达式为：Z=ΔφAB1-(||(rA+rAB,dd)-r1||-||rA-r1||)/λΔφAB2-(||(rA+rAB,dd)-r2||-||rA-r2||)/λ...ΔφABk-(||(rA+rAB,dd)-rk||-||rA-rk||)/λH=-rB1-rB2...-rBk]]>式中，k为卫星号k＝1,2,…；为天线B到k号卫星的单位矢量。本专利技术中，步骤S4的具体方法是：1)建立线缆偏差预报信息与单差载波信息融合测量更新方程：联立线缆偏差时间更新预报方程和去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程；设单差载波相位的观测方差阵为cov(e)＝R，联立单差观测方程式(4)和线缆预报方程式(1)，得Zlb(ti)=H/λI0IdrABlb+ePlb(ti)---(5)]]>记y=lb(ti)ZA=01H/λ1cov(y)=RθθPlb(ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设定线缆偏差的初始值lb0＝0，方差P0＝1；S2：根据S1中设置的线缆偏差的初始值及其方差，利用自回归滑动平均ARMA模型对线缆偏差进行时间更新，即预报线缆偏差值及其方差；S3：利用双差载波相位相对定位的基线矢量、天线伪距单点定位坐标及卫星坐标，建立去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程；S4：根据线缆偏差预报值及其方差和去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程进行融合测量更新，得到滤波的线缆偏差以及两个天线的相对位置信息，然后将相对位置信息转化为载体的航向角和俯仰角；S5：将S4得到的滤波线缆偏差及其方差赋给S1中的线缆偏差初始值及其方差。

【技术特征摘要】
1.一种基于共时钟接收机的实时精密定姿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定线缆偏差的初始值lb0＝0，方差P0＝1；
S2：根据S1中设置的线缆偏差的初始值及其方差，利用自回归滑动平均ARMA模型对
线缆偏差进行时间更新，即预报线缆偏差值及其方差；
S3：利用双差载波相位相对定位的基线矢量、天线伪距单点定位坐标及卫星坐标，建立
去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程；
S4：根据线缆偏差预报值及其方差和去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程进行融
合测量更新，得到滤波的线缆偏差以及两个天线的相对位置信息，然后将相对位置信息转化
为载体的航向角和俯仰角；
S5：将S4得到的滤波线缆偏差及其方差赋给S1中的线缆偏差初始值及其方差。
2.根据权利要求1所述的基于共时钟接收机的实时精密定姿方法，其特征在于，步骤
S2中，利用ARMA模型对线缆偏差进行时间更新的具体方法是：
利用ARMA(1,0)模型预报线缆偏差：根据线缆偏差前一时刻的值以及方差，利用ARMA
(1,0)模型进行预报；
lb(ti)=lb(ti-1)+wPlb(ti)=Plb(ti-1)+Q---(1)]]>式(1)中，lb(ti)为ti时刻即当前时刻预报的线缆偏差值，单位为周；lb(ti-1)为前一时
刻线缆偏差值，单位为周；为前一时刻线缆偏差的方差，单位为周的平方；为当前
时刻线缆偏差的方差，单位为周的平方；w为白噪声，单位为周；Q为ARMA(1,0)模型的
噪声，单位为周的平方。
3.根据权利要求2所述的基于共时钟接收机的实时精密定姿方法，其特征在于，步骤
S3的具体方法是：
1)建立单差载波相位观测方程：
假设移动载体或飞行器安装的卫星信号接收天线分别为A和B，根据A、B天线对于k
号卫星观测的非差载波相位观测值和建立单差载波相位观测方程；
ΔφABk=ΔρABk/λ+ΔNABk+lb+e---(2)]]>式(2)中，为A、B天线对k号卫星的单差载波相位观测值，单位为周；
为A、B天线对k号卫星的单差几何距离，单位为米；λ为某个频点的对应波长，单位
为米；为A、B天线对k号卫星的单差载波相位模糊度；lb为线缆偏差，单位为周；e为
单差载波相位观测值噪声，单位为周；
2)建立去单差模糊度参数的单差载波相位观测方程：
根据双差载波相位相对定位的基线矢量rAB,dd、天线A伪距单点定位坐标及卫星坐标求得
单差整周模糊度；
ΔNABk=round(ΔφABk-ΔρABk/λ)ΔρABk=||(rA+rAB,dd)-rk||-||rA-rk||---(3)]]>式(3)中，rA为A天线的伪距单点定位坐标，单位为米；rAB,dd为A、B天线间的双差载波相
位定位矢量，单位为米；rk为k号卫星的坐标，单位为米；round表示四舍五入圆整运算；||·||
表示取模运...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，吴杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43