專利名稱：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)gnss定姿測(cè)量值的處理方法及gnss定姿測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及姿態(tài)測(cè)量領(lǐng)域，具體而言，涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS定姿測(cè)量值的處理方法及GNSS定姿測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
GNSS設(shè)備具有體積小、成本低、自動(dòng)化程度高、能耗小等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此已被廣泛的應(yīng)用于各類運(yùn)動(dòng)載體的姿態(tài)測(cè)量中。但實(shí)際測(cè)量時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到觀測(cè)數(shù)據(jù)中斷、觀測(cè)數(shù)據(jù)跳躍以及必要觀測(cè)數(shù)據(jù)不足等情況，從而導(dǎo)致GNSS的定姿結(jié)果精度較低、連續(xù)性較差、可靠性較弱等一系列問題。如何有效解決上述問題對(duì)進(jìn)一步提高GNSS的定姿能力，擴(kuò)大GNSS 的定姿應(yīng)用范圍至關(guān)重要。對(duì)此本發(fā)明提出了一種基于自適應(yīng)抗差融合濾波的GNSS定姿方法。利用該方法用戶可在觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常、中斷以及不足時(shí)獲取準(zhǔn)確可靠連續(xù)的載體姿態(tài)信息；在觀測(cè)數(shù)據(jù)充裕情況下，則能得到相對(duì)現(xiàn)有方法精度更高的定姿結(jié)果。所謂載體姿態(tài)確定，就是先在目標(biāo)載體上建立一個(gè)載體坐標(biāo)系并與目標(biāo)載體固連，稱之為目標(biāo)載體框架坐標(biāo)系；然后根據(jù)目標(biāo)所處環(huán)境，選擇一個(gè)合適的坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，GNSS定姿中參考坐標(biāo)系通常選用當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系；最后確定出目標(biāo)載體坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的取向，即載體姿態(tài)信息，可以用歐拉角式、歐拉軸式、歐拉四元素式等方式表示。如機(jī)載動(dòng)態(tài)測(cè)量中，一般都采用航向角、俯仰角和翻滾角來(lái)描述載體的三維姿態(tài) fn息οGNSS定姿方法有許多，從天線布局上分，有立體布局法、平面布局法和長(zhǎng)短基線結(jié)合布局法；從觀測(cè)值使用形式上分，有基于單差或雙差載波相位的方法，也有基于信號(hào)強(qiáng)度的粗估計(jì)方法；從計(jì)算方法上分，有直接計(jì)算法、九參數(shù)最小二乘法和三參數(shù)迭代最小二乘法。計(jì)算方法是GNSS定姿的核心問題，現(xiàn)有三種定姿方法的基本原理如下一、直接計(jì)算法直接計(jì)算法是指通過(guò)使用代數(shù)的方法來(lái)求解載體的姿態(tài)角，即每次代入一條基線的已知坐標(biāo)來(lái)逐次求解載體的三個(gè)姿態(tài)角。若某運(yùn)動(dòng)載體上裝有三幅GNSS天線，它們構(gòu)成如

圖1所示的載體坐標(biāo)系。其中天線1為主天線，并作為載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)；天線1至天線 2的方向作為載體坐標(biāo)系的Y軸；X軸位于該平面內(nèi)，垂直于Y軸并指向Y軸的右側(cè)；Z軸則垂直于該平面并構(gòu)成右手系。載體坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系依靠上述三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)聯(lián)系在一起若當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系繞載體坐標(biāo)系的Z軸旋轉(zhuǎn)，則為航向角；若繞Y軸旋轉(zhuǎn)，則為俯仰角；繞X軸旋轉(zhuǎn)，則為翻滾角。直接計(jì)算法的具體計(jì)算方法如下1、每個(gè)歷元用偽距單點(diǎn)定位確定出主天線(天線1)的地心坐標(biāo)(WGS84)，并利用載波相位相對(duì)定位確定出其它天線相對(duì)于主天線的基線解
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS定姿測(cè)量值的處理方法，其特征在于，包括 讀取目標(biāo)載體的載體姿態(tài)信息的歷元初始值；對(duì)所述歷元初始值進(jìn)行姿態(tài)量測(cè)處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元量測(cè)值； 對(duì)前一歷元最終值進(jìn)行估值處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元預(yù)報(bào)值； 對(duì)所述歷元量測(cè)值和所述歷元預(yù)報(bào)值進(jìn)行抗差自適應(yīng)融合濾波處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的當(dāng)前歷元最終值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在讀取目標(biāo)載體的載體姿態(tài)信息的歷元初始值之前，所述方法還包括實(shí)時(shí)讀取所述目標(biāo)載體的載體姿態(tài)信息的歷元觀測(cè)值；對(duì)所述歷元觀測(cè)值進(jìn)行估計(jì)處理，以獲取載體姿態(tài)信息的所述歷元初始值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述歷元初始值進(jìn)行姿態(tài)量測(cè)處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元量測(cè)值包括通過(guò)GNSS靜態(tài)相對(duì)定位算法來(lái)獲取所述目標(biāo)載體的多條基線在載體坐標(biāo)系下的第一基線向量組^^s，k為歷元號(hào)，BB為載體坐標(biāo)系；通過(guò)載波相對(duì)定位算法來(lái)獲取所述目標(biāo)載體的多條基線在地心坐標(biāo)系下的第二基線向量組沿^^，EE表示地心坐標(biāo)系；通過(guò)旋轉(zhuǎn)矩陣7 將所述第二基線向量組轉(zhuǎn)換成在當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下的第三基線向量組沿^，LL表示當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系，所述第三基線向量組沿^ =RndXkEE ；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣尺〗2來(lái)獲取所述第一基線向量組力「^與所述第三基線向量組力^的函數(shù)關(guān)系:dXLL = R3UdXBB ；通過(guò)泰勒級(jí)數(shù)展開至一階來(lái)將非線性函數(shù)丄轉(zhuǎn)換為線性函數(shù) JJ足=&，懇，其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元量測(cè)值之后，所述方法還包括獲取所述歷元量測(cè)值的第一精度值=[ATkPkAkJl。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，對(duì)前一歷元最終值進(jìn)行估值處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元預(yù)報(bào)值包括通過(guò)狀態(tài)方程足=φ^Χ^來(lái)獲取所述歷元預(yù)報(bào)值， 0 0 Δ 0 0 “01 0 0 Δ 000 1 0 0 At其中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣φ^= 00 0 2 0 0，Wk為動(dòng)態(tài)噪聲，At為歷元間隔，0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1且歷元最終值的初始值為所述歷元量測(cè)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元預(yù)報(bào)值之后，所述方法還包括獲取所述歷元預(yù)報(bào)值的第二精度值= Φ^ Σ、Φ ^+Σ^。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)所述歷元量測(cè)值和所述歷元預(yù)報(bào)值進(jìn)行抗差自適應(yīng)融合濾波處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的當(dāng)前歷元最終值包括通過(guò)狀態(tài)方程Λ = χ, +Xit - Λ叉J來(lái)獲取所述歷元最終值Λ，其中，^ = 丸 +Wk, Kk= Eii ATk(Ak Tlt Al +PkY，= [l-KkAk]^Tt。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)所述歷元量測(cè)值和所述歷元預(yù)報(bào)值進(jìn)行抗差自適應(yīng)融合濾波處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的當(dāng)前歷元最終值包括通過(guò)抗差自適應(yīng)融合濾波算法的狀態(tài)方程Xk=[ATk PkAk+sP,k]1 [Al PkLk+sPT Xk]來(lái)獲取所述歷元最終值之，且 TIt=(4PkAk+eP,X,pk = (ppk,‘ 1v<k0k (ι _|v|V其中，降權(quán)因子識(shí)=A T^ K<v<kx ，自適應(yīng)因子|v| IvA1 -A0」 v>kx1 _ 閱“。g= ^(ClH)2，C。<|Δ足，C。和 C1 為常數(shù)，取值范圍為 Ctl= 1.0 1.5，C1 = KlyJ cI "C0. _ .0 Kl > ^3. 0 4. δ,ΔΧ, =Jli-Ii]/^1^( } y為標(biāo)準(zhǔn)化殘差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在獲取所述載體姿態(tài)信息的當(dāng)前歷元最終值之后，所述方法還包括獲取所述歷元最終值的第三精度= (A PkAk+P1J1，其中， Pxt = ( ) 1。
10. 一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS定姿測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括 讀取單元，用于讀取目標(biāo)載體的載體姿態(tài)信息的歷元初始值； 第一處理單元，用于對(duì)所述歷元初始值進(jìn)行姿態(tài)量測(cè)處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元量測(cè)值；第二處理單元，用于對(duì)前一歷元最終值進(jìn)行估值處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的歷元預(yù)報(bào)值；第三處理單元，用于對(duì)所述歷元量測(cè)值和所述歷元預(yù)報(bào)值進(jìn)行抗差自適應(yīng)融合濾波處理，以獲取所述載體姿態(tài)信息的當(dāng)前歷元最終值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS定姿測(cè)量值的處理方法及GNSS定姿測(cè)量?jī)x。其中，該方法包括讀取目標(biāo)載體的載體姿態(tài)信息的歷元初始值；對(duì)歷元初始值進(jìn)行姿態(tài)量測(cè)處理，以獲取載體姿態(tài)信息的歷元量測(cè)值；對(duì)前一歷元最終值進(jìn)行估值處理，以獲取載體姿態(tài)信息的歷元預(yù)報(bào)值；對(duì)歷元量測(cè)值和歷元預(yù)報(bào)值進(jìn)行抗差自適應(yīng)融合濾波處理，以獲取載體姿態(tài)信息的當(dāng)前歷元最終值。通過(guò)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)使得GNSS定姿測(cè)量方法的精度更高、連續(xù)更好、可靠性更強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01S19/53GK102508279SQ201110368799
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者徐天河, 王潛心 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院