星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法技术

本发明专利技术提供一种星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法，包括步骤：S1、自待标定天线中选取一个在轨粗测目标天线，调整卫星平台的姿态，使基准天线和在轨粗测目标天线偏向指天方向；S2、解算生成RTK粗测矢量；卫星平台采集原始测量数据；S3、将在轨粗测目标天线的在轨测量信息下传地面站；S4、重复步骤S1～S3，遍历全部待标定天线；S5、地面站基于在轨测量信息进行离线处理，解算各待标定天线的相位中心位置偏差；S6、上传卫星平台完成在轨标定。本发明专利技术利用双天线在轨差分定位结合实时卫星姿态测量信息，通过事后地面处理并上注的手段，能够有效避免地面环境多径效应的影响，解决了多天线装星后绝对相位中心无法精确标定的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法


[0001]本专利技术涉及导航接收机多天线融合RTK(载波相位测量)技术，具体涉及一种星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法。

技术介绍

[0002]随着北斗、GPS(全球定位系统)等多种GNSS(全球导航卫星系统)的广泛应用，导航接收机成为卫星绝对及相对导航的主要敏感器。受限于GNSS的导航定位原理，当卫星平台频繁姿态机动时，需要依靠多天线融合RTK技术实现连续高精度导航测量。RTK是以天线相位中心位置为基准的毫米级测量方法，对在轨频繁姿态机动的编队卫星系统，基于常规天线近半球面覆盖方向图的特征往往需要导航接收机在各不同象限、不同朝向配置多付天线进行多天线融合RTK，该技术涉及到原始测量信息的折算，故其成功率及精度很大程度依赖于各天线的相位中心的准确度。天线相位中心是远区辐射场的等相位面与通过天线轴线的平面相交的曲线的曲率中心，即天线辐射电磁波等效的辐射源中心。
[0003]目前，天线相位中心的标定方法有仿真计算、暗室测量和接收机系统测试三种。其中，由于装星后受星体本身干扰会导致相位中心特征发生畸变，因此仿真计算方法无法精确评估此畸变；暗室测量方法对测量场地要求较高，一般适用于小体积独立天线，而装星后多天线星载导航接收机系统体积太大不适用；接收机系统测试方法因会受到地面环境多径效应影响，所以标定精度较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法，利用双天线在轨差分定位结合实时卫星姿态测量信息，通过事后地面处理并上注的手段，能够有效避免地面环境多径效应的影响，解决了多天线装星后绝对相位中心无法精确标定的难题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法，所述星载导航接收机设置于卫星平台，所述卫星平台还包括与星载导航接收机电连接的导航接收天线，所述导航接收天线包括1个基准天线和多个待标定天线，所述在轨标定方法用于以基准天线的相位中心为基准，在轨标定各所述待标定天线与基准天线的相对相位中心；所述卫星平台可与地面站通信；包括步骤：
[0007]S1、自所述待标定天线中选取一个在轨粗测目标天线，调整所述卫星平台的姿态，使所述基准天线和在轨粗测目标天线偏向指天方向，使所述基准天线和在轨粗测目标天线具有足够的共视卫星；
[0008]S2、基于所述基准天线和在轨粗测目标天线，所述星载导航接收机按照双天线RTK技术进行解算，生成所述在轨粗测目标天线的RTK粗测矢量；以及，同步使所述基准天线和在轨粗测目标天线各自独立收星定位，所述卫星平台采集基准天线和在轨粗测目标天线的
原始测量数据；
[0009]S3、将所生成的所述在轨粗测目标天线的RTK粗测矢量，所采集的基准天线和在轨粗测目标天线的原始测量数据，以及星历信息、卫星平台姿态信息和基准天线绝对位置信息作为所述在轨粗测目标天线的在轨测量信息下传所述地面站；
[0010]S4、重复步骤S1～S3，直至遍历全部的所述待标定天线；
[0011]S5、所述地面站基于各待标定天线的在轨测量信息进行离线处理，分别解算出各所述待标定天线的相对于基准天线的相位中心位置偏差；
[0012]S6、将各所述待标定天线的相位中心位置偏差通过参数上注方式上传卫星平台，完成在轨标定。
[0013]优选地，步骤S5包括：
[0014]S51、自所述待标定天线中选取一个地面优化目标天线，基于所述地面优化目标天线的在轨测量信息，按照双天线RTK技术对所述地面优化目标天线的RTK粗测矢量进行事后优化处理，去除野值平滑后得到地固系精测矢量
[0015][0016]S52、基于IERS定期发布的观测数据，根据IAU 2000A/B岁差章动模型，计算得到某历元UTC时刻地固系到惯性系的转换矩阵
[0017]S53、基于所述地面优化目标天线的在轨测量信息、地固系精测矢量和地固系到惯性系的转换矩阵解算出本体坐标系下所述地面优化目标天线相对于基准天线的矢量解算公式如下：
[0018][0019]其中，为在轨测量信息中的卫星平台姿态信息中的陀螺姿态，由卫星平台姿态敏感器测量获得；
[0020]S54、基于所述地面优化目标天线的在轨测量信息中的基准天线绝对位置信息，以及本体坐标系下所述地面优化目标天线相对于基准天线的矢量计算出所述地面优化目标天线相对于基准天线的相位中心位置偏差；
[0021]S55、重复步骤S51～S54，直至遍历全部的所述待标定天线。
[0022]优选地，步骤S52的计算公式为：
[0023][0024]其中，W(t)、R(t)、Q(t)分别为极移矩阵、地球自转矩阵和岁差章动转换矩阵，t为时间变量；
[0025]进一步，公式(1)中的极移矩阵W(t)的计算公式如下：
[0026][0027]其中，极移量x
p
、y
p
由IERS根据天文观测定期公布；R
x
(θ)、R
y
(θ)、R
z
(θ)为坐标系转换时的转换矩阵，如下所示：
[0028][0029][0030][0031]进一步，公式(1)中的地球自转矩阵R(t)的计算公式如下：
[0032][0033]其中，为地球自转角，利用IERS提供的fortran源程序中可得；
[0034]进一步，公式(1)中的岁差章动矩阵Q(t)的计算公式如下：
[0035][0036]其中，α＝1/2+1/8(X2+Y2)；公式(4)中(X,Y)＝(X,Y)
IAU2000
+(dX,dY)
IERS
；其中的(X,Y)
IAU2000
和s可根据IERS提供的fortran源程序中解出，(dX,dY)
IERS
为地轴的高频运动的修正项，由IERS根据天文观测定期公布。
[0037]优选地，步骤S1中所述使基准天线和在轨粗测目标天线偏向指天方向是指，
[0038]所述基准天线的轴线方向与地心矢量反方向之间的第一夹角，与所述在轨粗测目标天线的轴线方向与地心矢量反方向之间的第二夹角相等，且所述第一、二夹角均小于等于90
°
。
[0039]优选地，所述在轨粗测目标天线的RTK粗测矢量，是指在轨粗测目标天线相对于基准天线的未经优化处理的地固系下RTK结果矢量。
[0040]优选地，所述原始测量数据包括伪距、载波相位、多普勒数据。
[0041]优选地，所述卫星平台姿态信息为各历元时刻的本体系相对于惯性系的卫星平台姿态四元数。
[0042]综上所述，与现有技术相比，本专利技术提供的一种星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法，具有如下有益效果：
[0043]1、本专利技术通过采取在轨测量、事后地面优化上注的方式，大大提高了多天线融合RTK的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载导航接收机多天线相位中心在轨标定方法，所述星载导航接收机设置于卫星平台，所述卫星平台还包括与星载导航接收机电连接的导航接收天线，所述导航接收天线包括1个基准天线和多个待标定天线，所述在轨标定方法用于以基准天线的相位中心为基准，在轨标定各所述待标定天线与基准天线的相对相位中心；所述卫星平台可与地面站通信；其特征在于，包括步骤：S1、自所述待标定天线中选取一个在轨粗测目标天线，调整所述卫星平台的姿态，使所述基准天线和在轨粗测目标天线偏向指天方向，使所述基准天线和在轨粗测目标天线具有足够的共视卫星；S2、基于所述基准天线和在轨粗测目标天线，所述星载导航接收机按照双天线RTK技术进行解算，生成所述在轨粗测目标天线的RTK粗测矢量；以及，同步使所述基准天线和在轨粗测目标天线各自独立收星定位，所述卫星平台采集基准天线和在轨粗测目标天线的原始测量数据；S3、将所生成的所述在轨粗测目标天线的RTK粗测矢量，所采集的基准天线和在轨粗测目标天线的原始测量数据，以及星历信息、卫星平台姿态信息和基准天线绝对位置信息作为所述在轨粗测目标天线的在轨测量信息下传所述地面站；S4、重复步骤S1～S3，直至遍历全部的所述待标定天线；S5、所述地面站基于各待标定天线的在轨测量信息进行离线处理，分别解算出各所述待标定天线的相对于基准天线的相位中心位置偏差；S6、将各所述待标定天线的相位中心位置偏差通过参数上注方式上传卫星平台，完成在轨标定。2.如权利要求1所述的在轨标定方法，其特征在于，步骤S5包括：S51、自所述待标定天线中选取一个地面优化目标天线，基于所述地面优化目标天线的在轨测量信息，按照双天线RTK技术对所述地面优化目标天线的RTK粗测矢量进行事后优化处理，去除野值平滑后得到地固系精测矢量S52、基于IERS定期发布的观测数据，根据IAU 2000A/B岁差章动模型，计算得到某历元UTC时刻地固系到惯性系的转换矩阵S53、基于所述地面优化目标天线的在轨测量信息、地固系精测矢量和地固系到惯性系的转换矩阵解算出本体坐标系下所述地面优化目标天线相对于基准天线的矢量解算公式如下：其中，为在轨测量信息中的卫星平台姿态信息中的陀螺姿态，由卫星平台姿态敏感器测量获得；S54、基于所述地面优化目标天线的在轨测量信息中的基准天线绝对位置信息，以及本体坐标系下所述地面优化目标天线相对于基准天线的矢量计算出所述地面优化目标天线相对于基准天线的相位中心位置偏差；S55、重复步骤S51～S54，直至遍历全部的所述待标定天线。
3.如权利要求2所述的在轨标定方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾奇，卢山，李辉雄，朱宇盟，张晓彤，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：