專利名稱：衛星導航系統gnss定姿測量值的處理方法及gnss定姿測量儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及姿態測量領域，具體而言，涉及一種衛星導航系統GNSS定姿測量值的處理方法及GNSS定姿測量儀。
背景技術：
GNSS設備具有體積小、成本低、自動化程度高、能耗小等諸多優點，因此已被廣泛的應用于各類運動載體的姿態測量中。但實際測量時，經常會遇到觀測數據中斷、觀測數據跳躍以及必要觀測數據不足等情況，從而導致GNSS的定姿結果精度較低、連續性較差、可靠性較弱等一系列問題。如何有效解決上述問題對進一步提高GNSS的定姿能力，擴大GNSS 的定姿應用范圍至關重要。對此本發明提出了一種基于自適應抗差融合濾波的GNSS定姿方法。利用該方法用戶可在觀測數據出現異常、中斷以及不足時獲取準確可靠連續的載體姿態信息；在觀測數據充裕情況下，則能得到相對現有方法精度更高的定姿結果。所謂載體姿態確定，就是先在目標載體上建立一個載體坐標系并與目標載體固連，稱之為目標載體框架坐標系；然后根據目標所處環境，選擇一個合適的坐標系作為參考坐標系，GNSS定姿中參考坐標系通常選用當地水平坐標系；最后確定出目標載體坐標系相對于參考坐標系的取向，即載體姿態信息，可以用歐拉角式、歐拉軸式、歐拉四元素式等方式表示。如機載動態測量中，一般都采用航向角、俯仰角和翻滾角來描述載體的三維姿態 fn息οGNSS定姿方法有許多，從天線布局上分，有立體布局法、平面布局法和長短基線結合布局法；從觀測值使用形式上分，有基于單差或雙差載波相位的方法，也有基于信號強度的粗估計方法；從計算方法上分，有直接計算法、九參數最小二乘法和三參數迭代最小二乘法。計算方法是GNSS定姿的核心問題，現有三種定姿方法的基本原理如下一、直接計算法直接計算法是指通過使用代數的方法來求解載體的姿態角，即每次代入一條基線的已知坐標來逐次求解載體的三個姿態角。若某運動載體上裝有三幅GNSS天線，它們構成如

圖1所示的載體坐標系。其中天線1為主天線，并作為載體坐標系的原點；天線1至天線 2的方向作為載體坐標系的Y軸；X軸位于該平面內，垂直于Y軸并指向Y軸的右側；Z軸則垂直于該平面并構成右手系。載體坐標系與當地水平坐標系依靠上述三個軸的旋轉聯系在一起若當地水平坐標系繞載體坐標系的Z軸旋轉，則為航向角；若繞Y軸旋轉，則為俯仰角；繞X軸旋轉，則為翻滾角。直接計算法的具體計算方法如下1、每個歷元用偽距單點定位確定出主天線(天線1)的地心坐標(WGS84)，并利用載波相位相對定位確定出其它天線相對于主天線的基線解
權利要求
1.一種衛星導航系統GNSS定姿測量值的處理方法，其特征在于，包括 讀取目標載體的載體姿態信息的歷元初始值；對所述歷元初始值進行姿態量測處理，以獲取所述載體姿態信息的歷元量測值； 對前一歷元最終值進行估值處理，以獲取所述載體姿態信息的歷元預報值； 對所述歷元量測值和所述歷元預報值進行抗差自適應融合濾波處理，以獲取所述載體姿態信息的當前歷元最終值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在讀取目標載體的載體姿態信息的歷元初始值之前，所述方法還包括實時讀取所述目標載體的載體姿態信息的歷元觀測值；對所述歷元觀測值進行估計處理，以獲取載體姿態信息的所述歷元初始值。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述歷元初始值進行姿態量測處理，以獲取所述載體姿態信息的歷元量測值包括通過GNSS靜態相對定位算法來獲取所述目標載體的多條基線在載體坐標系下的第一基線向量組^^s，k為歷元號，BB為載體坐標系；通過載波相對定位算法來獲取所述目標載體的多條基線在地心坐標系下的第二基線向量組沿^^，EE表示地心坐標系；通過旋轉矩陣7 將所述第二基線向量組轉換成在當地水平坐標系下的第三基線向量組沿^，LL表示當地水平坐標系，所述第三基線向量組沿^ =RndXkEE ；根據旋轉矩陣尺〗2來獲取所述第一基線向量組力「^與所述第三基線向量組力^的函數關系:dXLL = R3UdXBB ；通過泰勒級數展開至一階來將非線性函數丄轉換為線性函數 JJ足=&，懇，其中，
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在獲取所述載體姿態信息的歷元量測值之后，所述方法還包括獲取所述歷元量測值的第一精度值=[ATkPkAkJl。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，對前一歷元最終值進行估值處理，以獲取所述載體姿態信息的歷元預報值包括通過狀態方程足=φ^Χ^來獲取所述歷元預報值， 0 0 Δ 0 0 “01 0 0 Δ 000 1 0 0 At其中，狀態轉移矩陣φ^= 00 0 2 0 0，Wk為動態噪聲，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值。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在獲取所述載體姿態信息的歷元預報值之后，所述方法還包括獲取所述歷元預報值的第二精度值= Φ^ Σ、Φ ^+Σ^。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，對所述歷元量測值和所述歷元預報值進行抗差自適應融合濾波處理，以獲取所述載體姿態信息的當前歷元最終值包括通過狀態方程Λ = χ, +Xit - Λ叉J來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.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，對所述歷元量測值和所述歷元預報值進行抗差自適應融合濾波處理，以獲取所述載體姿態信息的當前歷元最終值包括通過抗差自適應融合濾波算法的狀態方程Xk=[ATk PkAk+sP,k]1 [Al PkLk+sPT Xk]來獲取所述歷元最終值之，且 TIt=(4PkAk+eP,X,pk = (ppk,‘ 1v<k0k (ι _|v|V其中，降權因子識=A T^ K<v<kx ，自適應因子|v| IvA1 -A0」 v>kx1 _ 閱“。g= ^(ClH)2，C。<|Δ足，C。和 C1 為常數，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為標準化殘差。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在獲取所述載體姿態信息的當前歷元最終值之后，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. 一種衛星導航系統GNSS定姿測量儀，其特征在于，包括 讀取單元，用于讀取目標載體的載體姿態信息的歷元初始值； 第一處理單元，用于對所述歷元初始值進行姿態量測處理，以獲取所述載體姿態信息的歷元量測值；第二處理單元，用于對前一歷元最終值進行估值處理，以獲取所述載體姿態信息的歷元預報值；第三處理單元，用于對所述歷元量測值和所述歷元預報值進行抗差自適應融合濾波處理，以獲取所述載體姿態信息的當前歷元最終值。
全文摘要
本發明公開了一種衛星導航系統GNSS定姿測量值的處理方法及GNSS定姿測量儀。其中，該方法包括讀取目標載體的載體姿態信息的歷元初始值；對歷元初始值進行姿態量測處理，以獲取載體姿態信息的歷元量測值；對前一歷元最終值進行估值處理，以獲取載體姿態信息的歷元預報值；對歷元量測值和歷元預報值進行抗差自適應融合濾波處理，以獲取載體姿態信息的當前歷元最終值。通過本發明，能夠實現使得GNSS定姿測量方法的精度更高、連續更好、可靠性更強。
文檔編號G01S19/53GK102508279SQ201110368799
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者徐天河, 王潛心 申請人:中國測繪科學研究院