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专利名称：卫星导航系统gnss定姿测量值的处理方法及gnss定姿测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及姿态测量领域，具体而言，涉及一种卫星导航系统GNSS定姿测量值的处理方法及GNSS定姿测量仪。
背景技术：
GNSS设备具有体积小、成本低、自动化程度高、能耗小等诸多优点，因此已被广泛的应用于各类运动载体的姿态测量中。但实际测量时，经常会遇到观测数据中断、观测数据跳跃以及必要观测数据不足等情况，从而导致GNSS的定姿结果精度较低、连续性较差、可靠性较弱等一系列问题。如何有效解决上述问题对进一步提高GNSS的定姿能力，扩大GNSS 的定姿应用范围至关重要。对此本发明提出了一种基于自适应抗差融合滤波的GNSS定姿方法。利用该方法用户可在观测数据出现异常、中断以及不足时获取准确可靠连续的载体姿态信息；在观测数据充裕情况下，则能得到相对现有方法精度更高的定姿结果。所谓载体姿态确定，就是先在目标载体上建立一个载体坐标系并与目标载体固连，称之为目标载体框架坐标系；然后根据目标所处环境，选择一个合适的坐标系作为参考坐标系，GNSS定姿中参考坐标系通常选用当地水平坐标系；最后确定出目标载体坐标系相对于参考坐标系的取向，即载体姿态信息，可以用欧拉角式、欧拉轴式、欧拉四元素式等方式表示。如机载动态测量中，一般都采用航向角、俯仰角和翻滚角来描述载体的三维姿态 fn息οGNSS定姿方法有许多，从天线布局上分，有立体布局法、平面布局法和长短基线结合布局法；从观测值使用形式上分，有基于单差或双差载波相位的方法，也有基于信号强度的粗估计方法；从计算方法上分，有直接计算法、九参数最小二乘法和三参数迭代最小二乘法。计算方法是GNSS定姿的核心问题，现有三种定姿方法的基本原理如下一、直接计算法直接计算法是指通过使用代数的方法来求解载体的姿态角，即每次代入一条基线的已知坐标来逐次求解载体的三个姿态角。若某运动载体上装有三幅GNSS天线，它们构成如

图1所示的载体坐标系。其中天线1为主天线，并作为载体坐标系的原点；天线1至天线 2的方向作为载体坐标系的Y轴；X轴位于该平面内，垂直于Y轴并指向Y轴的右侧；Z轴则垂直于该平面并构成右手系。载体坐标系与当地水平坐标系依靠上述三个轴的旋转联系在一起若当地水平坐标系绕载体坐标系的Z轴旋转，则为航向角；若绕Y轴旋转，则为俯仰角；绕X轴旋转，则为翻滚角。直接计算法的具体计算方法如下1、每个历元用伪距单点定位确定出主天线(天线1)的地心坐标(WGS84)，并利用载波相位相对定位确定出其它天线相对于主天线的基线解
权利要求
1.一种卫星导航系统GNSS定姿测量值的处理方法，其特征在于，包括 读取目标载体的载体姿态信息的历元初始值；对所述历元初始值进行姿态量测处理，以获取所述载体姿态信息的历元量测值； 对前一历元最终值进行估值处理，以获取所述载体姿态信息的历元预报值； 对所述历元量测值和所述历元预报值进行抗差自适应融合滤波处理，以获取所述载体姿态信息的当前历元最终值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在读取目标载体的载体姿态信息的历元初始值之前，所述方法还包括实时读取所述目标载体的载体姿态信息的历元观测值；对所述历元观测值进行估计处理，以获取载体姿态信息的所述历元初始值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述历元初始值进行姿态量测处理，以获取所述载体姿态信息的历元量测值包括通过GNSS静态相对定位算法来获取所述目标载体的多条基线在载体坐标系下的第一基线向量组^^s，k为历元号，BB为载体坐标系；通过载波相对定位算法来获取所述目标载体的多条基线在地心坐标系下的第二基线向量组沿^^，EE表示地心坐标系；通过旋转矩阵7 将所述第二基线向量组转换成在当地水平坐标系下的第三基线向量组沿^，LL表示当地水平坐标系，所述第三基线向量组沿^ =RndXkEE ；根据旋转矩阵尺〗2来获取所述第一基线向量组力「^与所述第三基线向量组力^的函数关系:dXLL = R3UdXBB ；通过泰勒级数展开至一阶来将非线性函数丄转换为线性函数 JJ足=&，恳，其中，
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在获取所述载体姿态信息的历元量测值之后，所述方法还包括获取所述历元量测值的第一精度值=[ATkPkAkJl。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，对前一历元最终值进行估值处理，以获取所述载体姿态信息的历元预报值包括通过状态方程足=φ^Χ^来获取所述历元预报值， 0 0 Δ 0 0 “01 0 0 Δ 000 1 0 0 At其中，状态转移矩阵φ^= 00 0 2 0 0，Wk为动态噪声，At为历元间隔，0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1且历元最终值的初始值为所述历元量测值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获取所述载体姿态信息的历元预报值之后，所述方法还包括获取所述历元预报值的第二精度值= Φ^ Σ、Φ ^+Σ^。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述历元量测值和所述历元预报值进行抗差自适应融合滤波处理，以获取所述载体姿态信息的当前历元最终值包括通过状态方程Λ = χ, +Xit - Λ叉J来获取所述历元最终值Λ，其中，^ = 丸 +Wk, Kk= Eii ATk(Ak Tlt Al +PkY，= [l-KkAk]^Tt。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述历元量测值和所述历元预报值进行抗差自适应融合滤波处理，以获取所述载体姿态信息的当前历元最终值包括通过抗差自适应融合滤波算法的状态方程Xk=[ATk PkAk+sP,k]1 [Al PkLk+sPT Xk]来获取所述历元最终值之，且 TIt=(4PkAk+eP,X,pk = (ppk,‘ 1v<k0k (ι _|v|V其中，降权因子识=A T^ K<v<kx ，自适应因子|v| IvA1 -A0」 v>kx1 _ 阅“。g= ^(ClH)2，C。<|Δ足，C。和 C1 为常数，取值范围为 Ctl= 1.0 1.5，C1 = KlyJ cI "C0. _ .0 Kl > ^3. 0 4. δ,ΔΧ, =Jli-Ii]/^1^( } y为标准化残差。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在获取所述载体姿态信息的当前历元最终值之后，所述方法还包括获取所述历元最终值的第三精度= (A PkAk+P1J1，其中， Pxt = ( ) 1。
10. 一种卫星导航系统GNSS定姿测量仪，其特征在于，包括 读取单元，用于读取目标载体的载体姿态信息的历元初始值； 第一处理单元，用于对所述历元初始值进行姿态量测处理，以获取所述载体姿态信息的历元量测值；第二处理单元，用于对前一历元最终值进行估值处理，以获取所述载体姿态信息的历元预报值；第三处理单元，用于对所述历元量测值和所述历元预报值进行抗差自适应融合滤波处理，以获取所述载体姿态信息的当前历元最终值。
全文摘要
本发明公开了一种卫星导航系统GNSS定姿测量值的处理方法及GNSS定姿测量仪。其中，该方法包括读取目标载体的载体姿态信息的历元初始值；对历元初始值进行姿态量测处理，以获取载体姿态信息的历元量测值；对前一历元最终值进行估值处理，以获取载体姿态信息的历元预报值；对历元量测值和历元预报值进行抗差自适应融合滤波处理，以获取载体姿态信息的当前历元最终值。通过本发明，能够实现使得GNSS定姿测量方法的精度更高、连续更好、可靠性更强。
文档编号G01S19/53GK102508279SQ201110368799
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者徐天河, 王潜心 申请人:中国测绘科学研究院