一种基于陀螺测量信息约束的gnss载波相位模糊度求解方法
【专利摘要】一种基于陀螺测量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其步骤为：(1)以当前卫星接收机观测到卫星的几何精度因子最小为优化目标，得到四颗可见卫星作为主卫星；(2)根据多接收机天线对四颗主卫星的载波相位观测值，计算初始的双差载波相位模糊度搜索范围；(3)根据陀螺测量信息，以动态过程载体方位角变化值为约束条件，压缩模糊度搜索范围；(4)基于压缩后的模糊度搜索范围，求解得到正确的模糊度。本发明具有原理简单、解算速度快、精度高、稳定性好等优点。
【专利说明】一种基于陀螺测量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及到卫星导航领域，特指ー种基于陀螺测量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法。
【背景技术】
[0002]全球卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satellite System)目前主要指美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、中国的北斗卫星导航系统和欧盟正在建设中的Galileo系统。目前，GPS在全球卫星导航系统中占主体地位。通过美国政府的大力推广和政策引导，近二十年来GPS定位技术得到了迅速的发展，应用领域日益广泛。GPS不仅可以用于导航定位，还可以应用于高精度定位，高精度的时间传递，外弾道与卫星轨道的測量及武器的制导等方面，例如通过与SINS结合。尤其是通过载波相位差分技术，可以毫米级的精度进行相对定位，若在同一载体上安装多接收机及天线，可以实现载体的定姿定向，但是一般来说，应用载波相位信息需要求解模糊度。
[0003]捷联惯性导航系统SINS (Strapdown Inertial Navigation System)是一种既不依赖于外部信息，又不发射信息的自主式导航系统，具有隐蔽性好、抗干扰能力强等优点，缺点是导航误差随时间累积。将GNSS接收机与SINS进行组合，可以充分利用陀螺、加速度计短期精度高、不受外界干扰和卫星导航长期精度高的优点。
[0004]对于SINS/GNSS多天线组合测姿系统来说，当SINS采用低精度陀螺、加速度计构成而难以实现自对准，初始对准期间SINS —般仅能提供车辆载体水平姿态概略測量，在短时间内无法输出可用的车辆载休航向信息，因此系统初始对准主要还是依靠GNSS载波相位测姿技术实现。GNSS模糊度求解是实现快速可靠初始对准的关键技木。尽管目前己有许多惯性辅助模糊度求解的成果，但都是基于惯性导航系统已经完成初始对准实现的，而在初始对准期间并未用到惯性测量信息辅助模糊度求解。为了提高初始对准期间GNSS载波相位测姿的快速性和可靠性，模糊度求解过程中经常会用到GNSS天线基线长度、基线间几何构型以及载体概略水平姿态等先验信息，且尽量避免载体发生转弯。
[0005]迄今为止，鲜见公开的报道，能够在SINS/GNSS多天线组合航姿系统初始对准期间，利用惯性导航系统的陀螺测量信息对GNSS模糊度求解进行辅助，为车辆提供快速可靠的初始对准結果。
[0006]总而言之，目前SINS/GNSS多天线组合测姿系统存在对准时间较长、复杂性高、对载体运动要求高等不足，难以满足陆基、航海、航空日益迫切的运动条件下实现高精度测姿等应用要求。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、解算速度快、精度高、稳定性好的基于陀螺測量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0009]一种基于陀螺测量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其步骤为:
[0010](I)以当前卫星接收机观测到卫星的几何精度因子最小为优化目标，得到四颗可见卫星作为主卫星；
[0011](2)根据多接收机天线对四颗主卫星的载波相位观测值，计算初始的双差载波相位模糊度捜索范围；
[0012](3)根据陀螺測量信息，以动态过程载体方位角变化值为约束条件，压缩模糊度搜索范围；
[0013](4)基于压缩后的模糊度捜索范围，求解得到正确的模糊度。
[0014]作为本发明的进ー步改进:所述步骤(I)的具体流程为:
[0015](1.1)得到优化指标⑶OP的计算公式；
[0016]在卫星导航系统中，伪距测量方程为:
[0017]V = AX-L(I)
[0018]其中，A为系数矩阵，
【权利要求】
1.一种基于陀螺测量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其特征在于，步骤为: (1)以当前卫星接收机观测到卫星的几何精度因子最小为优化目标，得到四颗可见卫星作为主卫星； (2)根据多接收机天线对四颗主卫星的载波相位观测值，计算初始的双差载波相位模糊度搜索范围； (3)根据陀螺測量信息，以动态过程载体方位角变化值为约束条件，压缩模糊度搜索范围； (4)基于压缩后的模糊度搜索范围，求解得到正确的模糊度。
2.根据权利要求1所述的基于陀螺測量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其特征在于，所述步骤(I)的具体流程为: (1.D得到优化指标GDOP的计算公式； 在卫星导航系统中，伪距测量方程为:
3.根据权利要求1所述的基于陀螺測量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体流程为: (2.1)得到双差载波相位方程； 在同一时刻，同时对接收机和卫星进行差分，得到双差载波相位方程:
4.根据权利要求1所述的基于陀螺測量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体流程为: (3.1)根据陀螺測量信息确定每一个整周模糊度候选组合的检测值，为下一歩剔除不合理的整周模糊度候选组合提供检测对象； 载体运动过程中某起止时刻分别记为b和tk，若选择模糊度搜索空间中正确的模糊度组合，根据几何形式的载波相位观测方程和b、tk时刻的接收机测量值，解算得到基线矢量解泛和若选择除正确模糊度组合外其它任ー组合，同样的可算得基线矢量解ain)仏):和(tk ,上述各基线矢量解之间满足如下关系:
5.根据权利要求1所述的基于陀螺測量信息约束的GNSS载波相位模糊度求解方法，其特征在于，所述步骤(4)为:将保留下来的整数组合作为已知值代入观测方程重新进行平差计算，正确的ー组整数组合所产生的单位权方差应为最小。
【文档编号】G01S19/49GK103454664SQ201310364318
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】李涛, 何晓峰, 祝建成, 唐康华, 潘献飞, 胡小平, 罗兵 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学