一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法，采用软件无线电和多天线构建多通道的卫星信号接收机，利用多通道之间同一卫星的载波相位差构建卫星信号导向矢量，通过导向矢量计算出卫星信号的来向。在此过程中，首先对软件无线电的处理延迟和天线的传播延迟进行标定，对多天线之间的相对位置进行量测，接着利用软件无线电和多个天线搭建多通道的卫星信号接收机，多个通道同时处理同一颗卫星的信号，然后在跟踪过程中，利用多个通道的载波相位差值估算卫星信号的导向矢量，最后通过导向矢量估算卫星信号的来向。本发明专利技术实现了快速卫星信号来向估计，同时结合卫星电文信息计算出双天线航向信息，完成单颗可见卫星场景下的定向功能。定向功能。定向功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法


[0001]本专利技术属于卫星信号领域，涉及一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法。

技术介绍

[0002]随着GNSSRTK技术的快速推广应用，基于短基线的侧向测姿多天线系统也得到了推广，可以大大降低航向初始化问题。但是传统技术需要在开阔地带获取足够的可见星之后才能正常计算出航向信息，为此在挑战场景中由于稀少的可见星资源，导致常规技术无法适用。
[0003]另一方面，传统的信号来向估计算法依赖于空间信号傅里叶变换或者波束形成后对功率峰值的搜索，然而导航卫星信号强度极弱，这种方法对弱信号难以处理，无法形成有效的功率峰值，同时波束形成依赖于价格昂贵的相控阵天线，实现复杂。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法，利用天线阵列的相位观测资源进行了算法优化，使得在单颗可见星的场景，即便信号较弱，也能正常输出航向信息。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法，具体步骤如下：
[0007](1)对软件无线电处理延迟与天线传输延迟进行标定，获取各个天线的时延为
[0008]d1,d2,d3...d
l
,相对于1号天线，各个天线之间的时延差为d1‑2,d1‑3...d1‑
l
，其中，
[0009]d1‑
l
＝d1‑
d
l
；
[0010](2)在各个通道中对同一颗卫星的信号进行跟踪，得到多个跟踪结果；
[0011](3)利用跟踪结果中解调出的数据信号进行信号同步，进一步消除延迟造成的影响；
[0012](4)利用各个跟踪通道中载波相位的估计值，结合标定的信号相位延迟结果，计算载波相位误差，利用载波相位误差计算信号的导向矢量；
[0013](5)根据天线相对位置和信号导向矢量，估算卫星信号来向；
[0014](6)重复步骤(4)(5)，持续估计卫星信号来向；
[0015](7)结合卫星来向与卫星坐标信息计算双天线航向信息。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，步骤(3)的具体过程为：
[0017]利用k时刻l个通道数据信号IP1(k),IP2(k),IP3(k)...IP
l
(k)计算通道一与其它通道之间的互相关结果R
12
(n),R
13
(n)...R
1l
(n)，其中，
[0018]IP
l
＝[Ip
l
(k),Ip
l
(k
‑
1),Ip
l
(k
‑
2)...Ip
l
(k
‑
m+1)][0019][0020][0021]......
[0022][0023]接着在l
‑
1个互相关序列中寻找相关峰R
12
(a),R
13
(b)...R
1l
(c)，即相关峰出现在n＝a,b...c处，得到通道一与其它通道之间的相对延迟时间，完成信号同步。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，步骤(4)的具体过程为：
[0025]得到l个通道的载波相位测量结果φ1,φ2,φ3...φ
l
，计算通道一与其它通道之间的载波相位差初始结果
[0026][0027]考虑步骤(1)中获得的相对信号相位延迟d1‑2,d1‑3...d1‑
l
，得到载波相位差
[0028][0029]最后计算信号导向矢量
[0030]作为本专利技术的进一步改进，步骤(5)的具体过程为：
[0031]建立线性方程：
[0032][0033]其中d
xl
和d
yl
分别为第l个天线与第一个天线之间在自定义坐标系x方向上和y方向上的相对距离，az和el分别为信号的方向角和高度角，ω为信号的中心频率，c代表光速。将上式简化为
[0034]BX＝Y
[0035]其中X＝[sin(az)cos(el),cos(az)cos(el)]T
，
[0036]则根据最小二乘原理计算得
[0037]X＝(B
t
B)
‑1B
T
Y
[0038]进而计算得信号方向角高度角
[0039]作为本专利技术的进一步改进，步骤(7)中，通过以下方式求出航向角θ
heading
的值：
[0040]OA＝AC/sin(el)
[0041]OB＝OA
·
cos(i)＝AC
·
cos(i)/sin(el)
[0042]OC＝AC/tan(el)
[0043]az2＝arccos(OB/OC)
[0044]ꢀꢀꢀ
＝arccos(cos(i)
·
tan(el)/sin(el))
[0045]ꢀꢀꢀ
＝arccos(cos(i)/cos(el))
[0046]θ
heading
＝az+az2[0047]其中，i为双天线基线夹角，az2是天线基线与OC的夹角。
[0048]本专利技术与现有技术相比，其显著优点和有益效果是：
[0049]本专利技术实现了快速卫星信号来向估计，既不依赖于卫星星历的获得，也不依赖于自身位置的估计，因此在可见卫星数量不满足冷启动条件下，以及信号强度极弱时，也能较好地估计信号来向，结合卫星星历，可以计算出双天线航向信息，完成单颗可见卫星场景下的定向功能。
附图说明
[0050]图1是本专利技术提供的基于单GNSS卫星场景下的定向方法流程示意图。
[0051]图2为基于导向矢量的航向计算示意图。
具体实施方式
[0052]以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0053]本专利技术提供一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法。该方法采用软件无线电和多天线构建多通道的卫星信号接收机，利用多通道之间同一卫星的载波相位差构建卫星信号导向矢量，通过导向矢量计算出卫星信号的来向。在此过程中，首先对软件无线电的处理延迟和天线的传播延迟进行标定，对多天线之间的相对位置进行量测，接着利用软件无线电和多个天线搭建多通道的卫星信号接收机，多个通道同时处理同一颗卫星的信号，然后在跟踪过程中，利用多个通道的载波相位差值估算卫星信号的导向矢量，最后通过导向矢量估算卫星信号的来向。
[0054]具体地说，本专利技术提供的一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法，其流程如图1所示，包括：
[0055]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对软件无线电处理延迟与天线传输延迟进行标定，获取各个天线的时延为d1，d2，d3...d
l
，相对于1号天线，各个天线之间的时延差为d1‑2，d1‑3...d1‑
l
，其中，d1‑
l
＝d1‑
d
l
；(2)在各个通道中对同一颗卫星的信号进行跟踪，得到多个跟踪结果；(3)利用跟踪结果中解调出的数据信号进行信号同步，进一步消除延迟造成的影响；(4)利用各个跟踪通道中载波相位的估计值，结合标定的信号相位延迟结果，计算载波相位误差，利用载波相位误差计算信号的导向矢量；(5)根据天线相对位置和信号导向矢量，估算卫星信号来向；(6)重复步骤(4)(5)，持续估计卫星信号来向；(7)结合卫星来向与卫星坐标信息计算双天线航向信息。2.根据权利要求1所述的一种基于单GNSS卫星场景下的定向方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下过程：利用k时刻l个通道数据信号IP1(k)，IP2(k)，IP3(k)...IP
l
(k)计算通道一与其它通道之间的互相关结果R
12
(n)，R
13
(n)...R
1l
(n)，其中，IP
l
＝[Ip
l
(k)，Ip
l
(k
‑
1)，IP
l
(k
‑
2)...Ip
l
(k
‑
m+1)]m+1)]
……
接着在l
‑
1个互相关序列中寻找相关峰R
12
(a)，R
13
(b)...R
1l
(c)，即相...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤新华，叶红军，马国驹，邢博文，华腾，栾可蓬，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：