专利名称：陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒�
技术领域：
本发明涉及卫星定位定向技术领域，特别是涉及一种陀螺辅助双天线测量单元确定整周模糊度和航向的方法。
背景技术：
载体的姿态信息是导航系统的重要参数，惯性导航系统具有完全自主式、保密性强、不存在信号的电磁干扰、全天候、机动灵活、数据率高的特性，并可以输出载体的姿态信息，陀螺就是作为惯性导航系统输出载体姿态信息的核心部件，用来测量载体的角速率，在某时刻已知角度初值的情况下，可以通过陀螺测得的角速率的积分来推得若干时刻后的角度值，如以下公式表示a)单轴陀螺角度计算公式
it+At
ωβ 其中ωζ为单轴陀螺的Z轴轴向测量值，Z轴为单轴陀螺安装方向，θ t为t时刻的航向估计值，θ +Δ 为t+At时刻的航向估计值。b)三轴陀螺角度计算公式[ωΛ CDyb mzJ =Ορ1χ[ωχ ωγ ωζ]τ
it+At
mzbdt其中[ωχ coy ωζ]τ为三轴陀螺的X轴、Y轴、Z轴的三个轴向测量值，X轴、Y轴、 Z轴为三轴陀螺的安装方向，coyb三轴陀螺的轴向测量值在载体坐标系中的表示，cBFix为安装矩阵，时刻的航向估计值，时刻的航向估计值。由公式a)可知，对于车载导航系统，在某时刻航向已知的情况下，利用单轴MEMS 陀螺(陀螺Z轴垂直于载体的可运动方向)可以推知接下来若干时刻的航向；由公式b)可知，对于车载导航系统，在某时刻航向已知的情况下，利用安装在载体上的三轴MEMS陀螺及其安装矩阵，可以推知接下来若干时刻的航向。在没有角度修正的情况下，MEMS陀螺角度测量值存在累积误差。也就是说，随着时刻的推移，测量的角度的准确性会下降；在有其它非连续的测角单元的实时辅助的情况下，MEMS陀螺通过短时间积分递推可以给出连续的、 低精度的角度测量值。如图1所示，对于车载导航系统来说，要实时的确定载体的航向信息，根据卫星导航系统双天线定向技术，在载体的前方和后方平行于载体安装两个接收卫星信号的测量型天线，从后天线A(基准站)指向前天线B(移动站)的矢量为基线矢量AB，使基线矢量与载体前向轴平行，通过解算基线矢量AB的航向角即可确定载体的姿态。卫星信号接收天线得到的观测数据主要有伪距观测值和载波相位观测值，而载波相位观测值相比于伪距观测值是更精密的观测量，载波相位观测值是指测量卫星到接收天线的传播过程中共有多少个载波周期，但由于载波波长很短，整个路径中的相位变化是周期性重复的，当接收天线锁定某颗卫星时得到的相位值是小于一个周期的小数部分，也就是说相位变化的整数部分是无法确定的，这个无法确定的整数部分就是所说的整周�：龋啡范ㄕ苣：仁窃夭ㄏ辔徊饬恐兄匾冶匦虢饩龅奈侍�。现有技术中，确定整周�：扔卸嘀址椒ǎ⑶椅佬�、接收天线及接收机时钟也是影响整周�：鹊囊蛩兀渲锌衫盟罘ㄏ佬�、接收天线及接收机时钟的影响，并且求解整周�：龋簿褪怯肁、B两天线观测两颗不同的卫星，用两个不同接收天线接收到的同一颗卫星的两个观测值相减，消去卫星影响，同样用来自同一接收天线接收到的两个不同卫星的观测值相减，消去接收天线及接收机时钟影响，如果同时应用这两种差分方法， 就是载波相位双差测量技术，可以同时消除卫星和接收机的影响并求解整周模糊度。下式为根据现有技术得到的载波相位双差观测模型
dRm dRDi\ (^Rrr dRRi
^RR _ 、Ri
dx dx
Ax +
Sy dy
Ay + H - ^jAz - AANri = λΑφΚι
X=Xq
y=yo其中，Rkk为参考星到双天线中的前天线B(移动站)的距离，REi(i =0,1,...,η) 为从星到双天线中的前天线B(移动站)的距离，[ΔΧ Ay Δ Ζ]τ为待求的双天线中的前天线B(移动站)相对于后天线A (基准站)的基线矢量的线性化增量，A^(i = 0，l，...， η)为待求的双差整周模糊度，λ为载波的波长，A^ffi (/ = 0,1,..., )载波相位双差观测量，[X(1 Y0、]τ为双天线中的前天线B(移动站)的线性化点即后天线A(基准站)坐标。由载波相位双差观测模型可知，整周�：�(即ΔΝμ)的搜索范围会随着基线长的增长而变大。如果已知载体的粗略航向(假定俯仰角为零)，即可将基线矢量从模型的左边部分剥离出来，这样就可以减小�：鹊乃阉鞣段В跎倌：人阉鞯暮氖�。本发明利用陀螺提供的粗略航向辅助可以减少�：人阉鞯姆段В跎偌扑隳：人姆训氖奔洌⑶乙桓隼纯山馑愠瞿：龋迪帜：燃此慵从�。
发明内容
本发明提供一种陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ谠夭ㄏ辔凰畈饬咳范ㄕ苣：鹊墓讨校猛勇萏峁┑拇致院较蚋ㄖ跎僬苣：人阉鞯姆段В跎偌扑阏苣：人姆训氖奔洌桓隼纯山馑愠瞿：龋迪帜：燃此慵从茫⒔馑愠鲈硕靥宓氖凳焙较颍槐痉⒚骰估盟煜卟饬康ピ馑愠隼吹氖凳焙较颍鑫勇萁泻较蛲扑愕某踔担酝勇莸睦刍蟛罱行拚�。本发明的技术方案是一种陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢ü煜卟饬康ピ阉鹘馑闫湓靥宓某跏季泛较颍跏季泛较蚪馑愠晒蠼跏季泛较蛑凳淙敫勇荩煌勇萁邮账煜卟饬康ピ蠼獬龅某跏季泛较蛑担ü獾玫慕撬俾是蠡值玫饺舾墒笨毯蟮暮较蚬兰浦担凰煜卟饬康ピ谛枰泻较蚪馑愕睦油勇莼袢∷龊较蚬兰浦担盟龊较蚬兰浦蹈ㄖ姓苣：冉馑慵昂较蚪馑悖凰鏊煜卟饬康ピ侵咐盟沸诺婪直鸾邮樟礁鑫佬翘煜叩男藕牛盟沸诺啦饬康奈本喙鄄饬�、多普勒观测量、载波相位观测量及卫星导航电文，实时解算得到载体的航向角和俯仰角的信号数据处理单元。
所述双天线测量单元将解算出来的实时航向输入给陀螺，所述陀螺将双天线测量单元解算出来的实时航向作为初值进行航向推算。所述双天线测量单元进行初始精确航向的搜索解算，包括若上电载体静止时，由双天线测量单元进行初始航向搜索，得到初始精确航向；若上电载体运动时，利用卫星导航系统的速度测量值辅助进行初始精确航向解算；若载体上电静止而在初始航向搜索出来前即开始运动，当载体运动起来后，则停止双天线测量单元的初始航向搜索，利用卫星导航系统的速度测量值辅助进行初始精确航向解算。所述双天线测量单元利用所述航向估计值辅助进行整周模糊度解算及航向解算， 包括每一次进行航向解算时，首先读取陀螺递推的航向估计值；再读取接收到的卫星导航系统的伪距观测量、多普勒观测量、载波相位观测量及卫星导航电文；然后从双路信道都能获取到的公共卫星中选取参考星及从星，进行载波相位双差观测方程的构造；再利用读取到的陀螺航向估计值进行整周�：炔钩チ康募扑悖蠼獬稣苣：燃霸靥搴较颉Ｋ鐾勇莅ㄒ桓鲋嵯虼怪庇谠靥蹇稍硕较虬沧暗牡ブ嵬勇�。所述陀螺包括安装在载体上的三个轴向相互正交的三轴陀螺。所述双天线测量单元所利用的卫星导航系统为美国的GPS系统、俄罗斯的 GL0NASS系统、中国的北斗系统或欧洲的伽利略系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。所述陀螺包括转子陀螺、MEMS陀螺、光纤陀螺或激光陀螺，以及以后可能出现的其他种类的陀螺。本发明的技术效果本发明提供的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ谠夭ㄏ辔凰畈饬咳范ㄕ苣：鹊墓讨校猛勇萏峁┑拇致院较蚋ㄖ芄患跎僬苣：人阉鞯姆段В跎偌扑阏苣：人姆训氖奔洌桓隼纯山馑愠瞿：龋迪帜：燃此慵从茫⒔馑愠鲈硕靥宓氖凳焙较颍槐痉⒚骰估盟煜卟饬康ピ馑愠隼吹氖凳焙较颍鑫勇萁泻较蛲扑愕某踔担酝勇莸睦刍蟛罱行拚辉靥迨状位袢『较蛑螅诰淘菸佬切藕攀螅梢钥焖僦匦露ㄏ颍拐鱿低巢庀虻氖奔涓哺锹蚀蟠筇嵘笑�
图1为车载导航系统的双天线定向原理示意图。图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。本发明中所涉及坐标系(1)载体坐标系(B):原点定义在载体的中心，其χ轴定义为载体的右向，其y轴定义为载体的前向，其ζ轴定义为载体的上方向；(2)陀螺安装坐标系(Fix):原点定义在载体的中心，其χ，y，ζ轴分别定义为陀螺的三个轴向；
(3)地理坐标系(N):原点定义在载体的中心，其χ轴定义为东向，其y轴定义为北向，其ζ轴定义为天向；为了顺利的利用陀螺得到载体的实时粗略航向，这里假定载体俯仰角为0度，也就是说这里粗略的认为载体坐标系的ζ轴与地理坐标系的ζ轴平行。本发明中所涉及的卫星导航系统为美国的GPS系统、俄罗斯的GL0NASS系统、中国的北斗系统或欧洲的伽利略系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。本发明中所涉及的陀螺包括转子陀螺、MEMS陀螺、光纤陀螺或激光陀螺，以及以后可能出现的其他种类的陀螺。本发明中所涉及的双天线测量单元是指利用双路信道分别接收两个卫星天线的信号，利用双路信道测量的伪距观测量、多普勒观测量、载波相位观测量及卫星导航电文， 实时解算得到载体的航向角和俯仰角的信号数据处理单元。一种陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ紫扔伤煜卟饬康ピ阉鹘馑愕玫皆靥宄跏季泛较颍跏季泛较蚪馑愠晒笫淙敫勇荩煌勇萁邮账煜卟饬康ピ蠼獬龅某跏季泛较蛑担ü獾玫慕撬俾是蠡值玫饺舾墒笨毯蟮暮较蚬兰浦担凰煜卟饬康ピ谛枰泻较蚪馑愕睦油勇莼袢∷龊较蚬兰浦担盟龊较蚬兰浦蹈ㄖ姓苣：冉馑慵昂较蚪馑�。如图2所示，双天线测量单元首先进行初始精确航向的搜索解算，若上电载体静止时，由双天线测量单元进行初始航向搜索，得到初始精确航向；若上电载体运动时，利用卫星导航系统的速度测量值辅助，由双天线测量单元解算出初始精确航向，其中若载体上电静止而在初始航向搜索出来前即开始运动，当载体运动起来后，则停止双天线测量单元的初始航向搜索，利用卫星导航系统的速度测量值辅助进行初始精确航向解算；双天线测量单元将初始精确航向解算成功后的初始航向值输入给陀螺，陀螺利用此初始航向值作为初值，通过测得的载体角速率进行积分推得若干时刻后的航向估计值；双天线测量单元在需要进行航向解算的历元，从陀螺获取所述航向估计值，利用此航向估计值辅助进行整周�：冉馑慵昂较蚪馑�。双天线测量单元在每一次进行航向解算时，首先读取陀螺递推的航向估计值；再读取接收到的卫星导航系统的伪距观测量、多普勒观测量、载波相位观测量及卫星导航电文；然后从双路信道都能获取到的公共卫星中选取合适的参考星及从星，进行载波相位双差观测方程的构造；根据构造的载波相位双差观测方程，利用读取到的陀螺航向估计值进行整周�：炔钩チ康募扑悖蠼獬稣苣：鹊乃阉骺占浼霸靥搴较�。双天线测量单元解算出来的实时航向，又输入给陀螺，做为陀螺进行以后时刻航向推算的初值，可以对陀螺的累积误差进行修正。如此反复，陀螺与双天线测量单元相互辅助，减少了模糊度搜索的范围，缩短了计算整周�：人姆训氖奔洌桓隼纯山馑愠瞿：龋迪帜：燃此慵从茫⒔馑愠鲈硕靥宓氖凳焙较颍煌被估盟煜卟饬康ピ馑愠隼吹氖凳焙较颍酝勇莸睦刍蟛罱行拚�。根据实际情况的需要，所述陀螺可以是一个轴向垂直于载体可运动方向安装的单轴陀螺，求解整周�：群褪凳焙较虻姆椒�1)单轴陀螺接收双天线测量单元求解出的初始精确航向，利用单轴陀螺可以推知接下来若干时刻的航向，将此航向估计值输入给双天线测量单元，来辅助其进行模糊度搜索；
2)双天线测量单元接收单轴陀螺推算出的航向，利用此航向估计值来辅助双天线测量单元的模糊度解算，单历元即可将�：扔牒较蚪馑愠隼矗�3)双天线测量单元将解算出来的航向又输入给单轴陀螺，陀螺以此航向为初值再进行航向推算。所述陀螺还可以是一组安装在载体上的三个轴向相互正交的三轴陀螺，求解整周�：群褪凳焙较虻姆椒�1)三轴陀螺接收双天线测量单元求解出的初始精确航向，此时需要利用坐标变换，将此航向从地理坐标系转化到陀螺的安装坐标系，再利用三轴陀螺推知接下来若干时刻的航向，再次利用坐标变换将推知的航向值从陀螺的安装坐标系转化到地理坐标系，将转化后的航向值输入给双天线测量单元，来辅助其进行�：人阉鳎�2)双天线测量单元接收三轴陀螺推算出的航向，利用此航向估计值来辅助双天线测量单元的�：冉馑悖ダ纯山：扔牒较蚪馑愠隼矗�3)双天线测量单元将解算出来的航向又输入给三轴陀螺，陀螺以此航向为初值再进行航向推算。
权利要求
1.一种陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢ü煜卟饬康ピ阉鹘馑闫湓靥宓某跏季泛较颍跏季泛较蚪馑愠晒蠼跏季泛较蛑凳淙敫勇荩煌勇萁邮账煜卟饬康ピ蠼獬龅某跏季泛较蛑担ü獾玫慕撬俾是蠡值玫饺舾墒笨毯蟮暮较蚬兰浦担凰煜卟饬康ピ谛枰泻较蚪馑愕睦油勇莼袢∷龊较蚬兰浦担盟龊较蚬兰浦蹈ㄖ姓苣：冉馑慵昂较蚪馑悖凰鏊煜卟饬康ピ侵咐盟沸诺婪直鸾邮樟礁鑫佬翘煜叩男藕牛盟沸诺啦饬康奈本喙鄄饬俊⒍嗥绽展鄄饬�、载波相位观测量及卫星导航电文，实时解算得到载体的航向角和俯仰角的信号数据处理单元。
2.根据权利要求1所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢鏊煜卟饬康ピ馑愠隼吹氖凳焙较蚴淙敫勇荩鐾勇萁煜卟饬康ピ馑愠隼吹氖凳焙较蜃魑踔到泻较蛲扑�。
3.根据权利要求2所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢鏊煜卟饬康ピ谐跏季泛较虻乃阉鹘馑悖ㄈ羯系缭靥寰仓故保� 由双天线测量单元进行初始航向搜索，得到初始精确航向；若上电载体运动时，利用卫星导航系统的速度测量值辅助进行初始精确航向解算；若载体上电静止而在初始航向搜索出来前即开始运动，当载体运动起来后，则停止双天线测量单元的初始航向搜索，利用卫星导航系统的速度测量值辅助进行初始精确航向解算。
4.根据权利要求3所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ� 其特征在于，所述双天线测量单元利用所述航向估计值辅助进行整周�：冉馑慵昂较蚪馑悖恳淮谓泻较蚪馑闶保紫榷寥⊥勇莸萃频暮较蚬兰浦担辉俣寥〗邮盏降奈佬堑己较低车奈本喙鄄饬�、多普勒观测量、载波相位观测量及卫星导航电文；然后从双路信道都能获取到的公共卫星中选取参考星及从星，进行载波相位双差观测方程的构造；再利用读取到的陀螺航向估计值进行整周�：炔钩チ康募扑悖蠼獬稣苣：燃霸靥搴较�。
5.根据权利要求4所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢鐾勇莅ㄒ桓鲋嵯虼怪庇谠靥蹇稍硕较虬沧暗牡ブ嵬勇�。
6.根据权利要求4所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢鐾勇莅ò沧霸谠靥迳系娜鲋嵯蛳嗷フ坏娜嵬勇�。
7.根据权利要求5或6所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ涮卣髟谟冢鏊煜卟饬康ピ玫奈佬堑己较低澄拦腉PS系统、俄罗斯的 GL0NASS系统、中国的北斗系统或欧洲的伽利略系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统。
8.根据权利要求5或6所述的陀螺辅助双天线测量单元确定整周模糊度和航向的方法，其特征在于，所述陀螺包括转子陀螺、MEMS陀螺、光纤陀螺或激光陀螺，以及以后可能出现的其他种类的陀螺。
全文摘要
本发明提供一种陀螺辅助双天线测量单元确定整周�：群秃较虻姆椒ǎ谠夭ㄏ辔凰畈饬咳范ㄕ苣：鹊墓讨校猛勇萏峁┑拇致院较蚋ㄖ芄患跎僬苣：人阉鞯姆段В桓隼纯山馑愠瞿：龋⒔馑愠鲈硕靥宓氖凳焙较�。首先由双天线测量单元搜索解算得到初始精确航向，初始精确航向解算成功后输入给陀螺；陀螺接收双天线测量单元求解出的初始精确航向值，通过测得的角速率求积分得到若干时刻后的航向估计值；双天线测量单元在需要进行航向解算的历元，从陀螺获取所述航向估计值，利用所述航向估计值辅助进行整周�：冉馑慵昂较蚪馑�。
文档编号G01C21/24GK102508280SQ20111036937
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
发明者不公告发明人 申请人:北京东方联星科技有限公司
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20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
