一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备，其方法包括：在目标船舶的单天线GNSS系统中获取每一组卫星的载波相位观测值；利用历元差分算法对相邻历元的载波相位观测值求差，确定地心坐标系下的单天线TDCP测速模型；基于所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，构建站心坐标系下的载体速度模型；根据所述站心坐标系下的载体速度模型和目标船舶的重力加速度求解得到目标船舶的姿态信息。本发明专利技术在空间受限的船舶上使用单天线实现船舶的姿态测量。舶的姿态测量。舶的姿态测量。

【技术实现步骤摘要】
一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备


[0001]本专利技术涉及导航
，尤其涉及一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备。

技术介绍

[0002]载体姿态信息的准确获取在导航、制导、控制或目标追踪等领域都发挥着极其重要的作用。现如今，一般基于全球卫星导航系统GNSS进行姿态确定，其具有高精度、低成本、低功耗、误差不累积的优点，一般应用于机器人、无人机以及船舶等领域。
[0003]目前，许多传感器可以用于姿态检测，例如惯性测量单元、星敏感器、磁强针等。近年来，基于全球卫星导航系统GNSS（Global Navigation Satellite System）的测姿技术备受国内外学者的关注。姿态确定是GNSS应用的一个重要分支。相较于传统的惯性导航系统，GNSS定姿技术具有高精度、低成本、低功耗、误差不累积，无需实时校正和经常维护等优势，目前，在船舶领域，大多数GNSS测姿方法主要采用多天线，通过解算多组基线向量求解姿态信息，如载体偏航角、横滚角与俯仰角。
[0004]然而，在实际应用中，采用多天线测姿的该方法在某些特殊场景下存在一些弊端。特别是对于一些微小型系统，例如小型无人机、无人船和微型机器人等，存在一些弊端：1、受限于空间大小，多天线的安装难度大；2、若随着使用时间越来越长过长，其天线支架之间容易发生形变，导致基线向量发生改变，使得估算的角度存在较大偏差。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备，能够实现使用单天线在空间受限的船舶上即可完成船舶实际姿态的测量的目的。
[0006]为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供一种单天线船舶姿态测量方法，包括：在目标船舶的单天线GNSS系统中获取每一组卫星的载波相位观测值；利用历元间载波相位差分算法对相邻历元的载波相位观测值求差，确定地心坐标系下的单天线TDCP测速模型；基于所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，构建站心坐标系下的载体速度模型；根据所述站心坐标系下的载体速度模型和目标船舶的重力加速度求解得到目标船舶的姿态信息。
[0007]在一些可能的实现方式中，所述利用历元间载波相位差分算法对相邻历元的载波相位观测值求差，确定地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，包括：构建关于所述载波相位观测值的初始载波相位观测模型；当卫星信号无周跳的情况时，基于TDCP算法对相邻历元的所述载波相位观测值求差以消除所述载波相位观测模型中的模糊度参数，并经过误差修正得到目标载波相位观测模型；
基于最小二乘算法解算所述目标载波相位观测模型，确定所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型。
[0008]在一些可能的实现方式中，所述初始载波相位观测模型表达式如下：式中，表示载波波长；G、C、E、R分别表示GPS、BDS、Galileo、GLONASS卫星；表示载波相位观测值；表示卫星间几何距离；表示真空中的光速；表示船舶上GNSS系统接收机钟速；表示卫星钟速；表示模糊度参数；表示对流层延迟；表示电离层延迟；表示相对论效应改正；表示误差因素。
[0009]在一些可能的实现方式中，所述卫星间几何距离的表达式如下：式中，表示卫星间几何距离；表示船舶位置与卫星方向余弦；表示时刻；表示船舶位置向量；表示卫星位置向量。
[0010]在一些可能的实现方式中，所述基于最小二乘算法解算所述目标载波相位观测模型，确实所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，包括：当选出的卫星数大于卫星数量阀值时，根据最小二乘算法解算所述目标载波相位观测模型中的船舶位置变化向量；根据所述船舶位置变化向量得到所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型。
[0011]在一些可能的实现方式中，所述基于所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，构建站心坐标系下的载体速度模型，包括：将所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型通过旋转得到站心坐标系下的载体速度模型。
[0012]在一些可能的实现方式中，所述将所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型通过旋转得到站心坐标系下的载体速度模型，包括：根据地心坐标系下的坐标得到球坐标系下的坐标；根据需要旋转的角度得到旋转矩阵和转换矩阵；根据所述球坐标系下的坐标、所述旋转矩阵和所述转换矩阵得到所述站心坐标系下的载体速度模型。
[0013]在一些可能的实现方式中，所述目标船舶的姿态信息包括伪航向角、伪俯仰角和伪横滚角；所述根据所述站心坐标系下的载体速度模型和目标船舶的重力加速度求解得到目标船舶的姿态信息，包括：所述站心坐标系下的载体速度模型包括站心坐标系中东向分量的速度、北向分量的速度和垂向分量的速度，根据所述东向分量的速度和所述北向分量的速度得到所述目标
船舶的伪航向角；根据所述东向分量的速度、所述北向分量的速度和所述垂向分量的速度得到所述目标船舶的伪俯仰角；根据所述东向分量的速度、所述北向分量的速度和所述垂向分量的速度确定东向分量的加速度、北向分量的加速度和垂向分量的加速度；根据目标船舶的重力加速度和所述东向分量的加速度、北向分量的加速度和垂向分量的加速度得到所述目标船舶的伪横滚角。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种单天线船舶姿态测量装置，包括：载波相位获取单元，用于在目标船舶的单天线GNSS系统中获取每一组卫星的载波相位观测值；单天线TDCP测速模型构建单元，利用历元间载波相位差分算法对相邻历元的载波相位观测值求差，确定地心坐标系下的单天线TDCP测速模型；载体速度模型构建单元，用于基于所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，构建站心坐标系下的载体速度模型；数据获取单元，用于根据所述站心坐标系下的载体速度模型和目标船舶的重力加速度求解得到目标船舶的姿态信息。
[0015]另一方面，本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，其中，所述存储器，用于存储程序；所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述任意一种实现方式中所述的一种单天线船舶姿态测量方法中的步骤。
[0016]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供的一种单天线船舶姿态测量方法，首先在单天线GNSS系统中获取每一组卫星的载波相位观测值，然后根据历元间载波相位差分算法对载波相位观测值求差，得到地心坐标系下的载体速度模型，进一步根据地心坐标系下的载体速度模型得到站心坐标系下的载体速度，最后根据目标船舶的载体速度模型和目标船舶的重力加速度得到目标船舶的姿态信息。本专利技术在空间受限的船舶上利用单天线采用历元间载波相位差分算法获取目标船舶的位置和速度，从而计算出目标船舶的姿态信息。
附图说明
图1为本专利技术提供的一种单天线船舶姿态测量方法的一实施例的方法流程图；图2为本专利技术提供的一种单天线船舶姿态测量装置的一实施例的结构示意图；图3为本专利技术提供的电子设备的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单天线船舶姿态测量方法，其特征在于，包括：在目标船舶的单天线GNSS系统中获取每一组卫星的载波相位观测值；利用历元间载波相位差分算法对相邻历元的载波相位观测值求差，确定地心坐标系下的单天线TDCP测速模型；基于所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，构建站心坐标系下的载体速度模型；根据所述站心坐标系下的载体速度模型和目标船舶的重力加速度求解得到目标船舶的姿态信息。2.根据权利要求1所述的一种单天线船舶姿态测量方法，其特征在于，所述利用历元间载波相位差分算法对相邻历元的载波相位观测值求差，确定地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，包括：构建关于所述载波相位观测值的初始载波相位观测模型；当卫星信号无周跳的情况时，基于TDCP算法对相邻历元的所述载波相位观测值求差以消除所述载波相位观测模型中的模糊度参数，并经过误差修正得到目标载波相位观测模型；基于最小二乘算法解算所述目标载波相位观测模型，确定所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型。3.根据权利要求2所述的一种单天线船舶姿态测量方法，其特征在于，所述初始载波相位观测模型表达式如下：式中，表示载波波长；G、C、E、R分别表示GPS、BDS、Galileo、GLONASS卫星；表示载波相位观测值；表示卫星间几何距离；表示真空中的光速；表示船舶上GNSS系统接收机钟速；表示卫星钟速；表示模糊度参数；表示对流层延迟；表示电离层延迟；表示相对论效应改正；表示误差因素。4.根据权利要求3所述的一种单天线船舶姿态测量方法，其特征在于，所述卫星间几何距离的表达式如下：式中，表示卫星间几何距离；表示船舶位置与卫星方向余弦；表示时刻；表示船舶位置向量；表示卫星位置向量。5.根据权利要求2所述的一种的单天线船舶姿态测量方法，其特征在于，所述基于最小二乘算法解算所述目标载波相位观测模型，确实所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型，包括：当选出的卫星数大于卫星数量阀值时，根据最小二乘算法解算所述目标载波相位观测模型中的船舶位置变化向量；
根据所述船舶位置变化向量得到所述地心坐标系下的单天线TDCP测速模型。6.根据权利要求1所述的一种单天线船舶姿态测量方法，其特征在于，所述基于所述地心坐标系下的单天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘克中，郑凯，崔宇辰，党婧怡，陈默子，曾旭明，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：