基于三天线阵列的两长一短三基线定向方法及系统与流程

文档序号:11152283
本发明涉及通信
技术领域
,特别涉及基于三天线阵列的两长一短三基线定向方法及系统。
背景技术
:基于卫星导航系统的定向技术正日益受到关注,完全依靠北斗卫星导航系统进行定向也成为各行业的迫切需求。但北斗定向的精度仍受到实际复杂环境中诸多因素的影响,且影响因素不易消除,是阻碍卫星定向在复杂环境下精度提高的重要原因。其中,多径干扰是影响北斗高精度定向的主要因素之一。多径干扰是指北斗天线除接收到北斗的直射波之外,还接收到该直射波的一份或多份经过周围遮挡物表面的反射形成的反射波,这些经过反射形成的多径信号多变且无固定规律可循,直接影响了北斗定位定向的精度。因此在实际的北斗定位定向设备使用环境中,有必要实时识别、剔除多经信号的影响,以提高测量精度。技术实现要素:为了解决现有技术的问题,本发明实施例提供了基于三天线阵列的两长一短三基线定向方法及系统。所述技术方案如下:第一方面,提供了一种北斗天线阵列,所述天线阵列包括:主天线、第一副天线及第二副天线,所述主天线与所述第一副天线通过第一长基线连接,所述主天线与所述第二副天线通过第二长基线连接,所述第一副天线和所述第二副天线通过短基线连接;所述短基线的长度为北斗卫星定位信号的两个波长。结合第一方面,在第一种可能的实现方式中,所述主天线、第一副天线及第二副天线呈一字型依次排列;或者所述主天线、第二副天线及第一副天线呈一字型依次排列。结合第一方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述天线的安装载体为金属。结合第一方面至第二方面的第二种任一可能的实现方式,在第三种可能的实现方式中,所述主天线连接主观测站,所述第一副天线连接第一副观测站,所述第二副天线连接第二副观测站;所述主观测站、所述第一副观测站以及所述第二副观测站与处理器连接,所述处理器用于识别多径干扰和定位。第二方面,提供了一种基于北斗卫星的定位方法,所述方法包括:根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,计算当前时刻短基线的长度测量值;将所述长度测量值与所述短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别所述第一副天线、所述第二副天线是否受到多径干扰;若所述第一副天线、所述第二副天线中的至少一个未受到多径干扰,则根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及所述第一定位信号,进行定位。结合第二方面,在第一种可能的实现方式中,所述将所述长度测量值与所述短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别所述第一副天线、所述第二副天线是否受到多径干扰包括:若所述差值未超过所述预设阈值,则确定所述第一副天线、所述第二副天线均未受到多径干扰;若所述差值超过所述第一预设阈值,则判断所述第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值与第一夹角真实值之间的第一差值是否超过第一预设阈值,若超过,则确定所述第一副天线受到多径干扰、所述第二副天线未受到多径干扰,否则,确定所述第一副天线未受到多径干扰、所述第二副天线受到多径干扰。结合第二方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述若所述第一副天线、所述第二副天线中的至少一个未受到多径干扰,则根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及所述第一定位信号,进行定位包括:所述第一副天线未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息,并根据所述第一差分信息进行定位;所述第二副天线未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据所述第二差分信息进行定位;所述第一副天线和所述第二副天线均未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息与所述第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据所述第一差分信息和所述第二差分信息中的至少一个进行定位。第三方面,提供了一种电子设备,所述电子设备与第一方面至第一方面的第三种任一所述的天线阵列连接,所述电子设备包括存储器以及与所述存储器连接的处理器,其中,所述存储器用于存储一组程序代码,所述处理器调用所述存储器所存储的程序代码用于执行以下操作:根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,计算当前时刻短基线的长度测量值;将所述长度测量值与所述短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别所述第一副天线、所述第二副天线是否受到多径干扰;若所述第一副天线、所述第二副天线中的至少一个未受到多径干扰,则根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及所述第一定位信号,进行定位。结合第二方面,在第一种可能的实现方式中,所述处理器调用所述存储器所存储的程序代码用于执行以下操作:若所述差值未超过所述预设阈值,则确定所述第一副天线、所述第二副天线均未受到多径干扰;若所述差值超过所述第一预设阈值,则判断所述第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值与第一夹角真实值之间的第一差值是否超过第一预设阈值,若超过,则确定所述第一副天线受到多径干扰、所述第二副天线未受到多径干扰,否则,确定所述第一副天线未受到多径干扰、所述第二副天线受到多径干扰。结合第三方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述处理器调用所述存储器所存储的程序代码用于执行以下操作:所述第一副天线未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息,并根据所述第一差分信息进行定位;所述第二副天线未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据所述第二差分信息进行定位;所述第一副天线和所述第二副天线均未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息与所述第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据所述第一差分信息和所述第二差分信息中的至少一个进行定位。第四方面,提供了一种基于北斗卫星的定位系统,其特征在于,所述系统包括:第一方面至第一方面的第三种任一所述的北斗天线阵列,所述系统还包括:第一计算装置,用于根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,计算当前时刻短基线的长度测量值;第二计算装置,用于将所述长度测量值与所述短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别所述第一副天线、所述第二副天线是否受到多径干扰;定位装置,用于在所述第一副天线、所述第二副天线中的至少一个未受到多径干扰时,根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及所述第一定位信号,进行定位。结合第四方面,在第一种可能的实现方式中,所述第二计算装置具体用于:若所述差值未超过所述预设阈值,则确定所述第一副天线、所述第二副天线均未受到多径干扰;若所述差值超过所述第一预设阈值,则判断所述第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值与第一夹角真实值之间的第一差值是否超过第一预设阈值,若超过,则确定所述第一副天线受到多径干扰、所述第二副天线未受到多径干扰,否则,确定所述第一副天线未受到多径干扰、所述第二副天线受到多径干扰。结合第四方面的第一种可能的实现方式,在第二种可能的实现方式中,所述定位装置具体用于:所述第一副天线未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息,并根据所述第一差分信息进行定位;所述第二副天线未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据所述第二差分信息进行定位;所述第一副天线和所述第二副天线均未受到多径干扰,获取所述第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息与所述第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据所述第一差分信息和所述第二差分信息中的至少一个进行定位。本发明实施例提供了基于三天线阵列的两长一短三基线定向方法、设备及系统,包括:主天线、第一副天线及第二副天线,主天线与第一副天线通过第一长基线连接,主天线与第二副天线通过第二长基线连接,第一副天线和第二副天线通过短基线连接;短基线的长度为北斗卫星定位信号的两个波长。通过两个长基线提高定位精度,通过短基线剔除长基线测量中的实时大误差,从而提高了定位的可靠性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的一种北斗天线阵列结构示意图;图2是本发明实施例提供的一种北斗天线阵列结构示意图;图3是本发明实施例提供的一种北斗天线阵列结构示意图;图4是本发明实施例提供的一种基于北斗卫星的定位方法流程示意图;图5是本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图;图6是本发明实施例提供的一种基于北斗卫星的定位系统结构示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供了基于三天线阵列的两长一短三基线定向方法及系统,该天线阵列接收BDS(BeiDouNavigationSatelliteSystem,北斗卫星导航系统,简称北斗系统)信号,本发明实施例所述技术方案应用于车载领域或者其他被定位对象处于移动状态的领域,除此之外,还应用于其他领域,本发明实施例对具体的应用领域不加以限定。另外,需要说明的是,本发明实施例所述的定位是通过RTK(Real-timekinematic,载波相位差分技术)实现的。实施例一为本发明实施例提供的一种北斗天线阵列,参照图1所示,该天线阵列包括:主天线101、第一副天线102及第二副天线103;主天线101、第一副天线102及第二副天线103具有完全相同的结构且配置于同一平面上。主天线101与第一副天线102的相位中心通过第一长基线连接,主天线101与第二副天线103的相位中心通过第二长基线连接,第一副天线102和第二副天线103的相位中心通过短基线连接,短基线的长度为北斗卫星定位信号的两个波长。下表1中列出了北斗信号各频点的载波频率和波长:表1北斗信号各频点的载波频率和波长信号载波频率/MHz波长/mB11561.0980.192B21207.1400.248B31268.5200.236示例性地,北斗天线阵列接收北斗信号B1频点,B1频点的载波频率为1561.098MHz,其对应波长为192mm,则在安装该天线阵列时,使第一副天线102与第二副天线103的相位中心连线构成的短基线长度大于192mm且小于384mm;除此之外,北斗天线阵列还可以接收北斗信号B2频点或B3频点,若B2频点,B2频点的载波频率为1207.14MHz则在安装该天线阵列时,使第一副天线102与第二副天线103的相位中心连线构成的短基线长度大于248mm且小于496mm。其中,北斗天线阵列接收北斗信号B1频点,短基线的长度大于其载波频率的一个波长,一方面是受天线阵列中各天线的直径尺寸限制,若短基线的长度太小,则无法完成天线的安装;另一方面是为了保证第一副天线与第二副天线接收到的北斗信号的相位是相互独立的,有利于保证多径信号之间的相互独立,相互之间的测量结果不同步,在实际应用中,第一长基线的长度与第二长基线的长度与安装场景有关。另外,短基线的长度不能太长,一般不超过北斗频点的载波频率的两个波长。北斗天线阵列的载体材质一般为金属,以材质铝Al进行计算说明,当载体形变不超过±1mm时,短基线的长度不应该大于:1mm/(23.5ppm/K×110K)=386.8mm。结合短基线的长度若是B1波长的整数倍时,由相同反射面产生的多径效应造成的多径干扰在抵达第一副天线、第二副天线时会导致多径干扰相关、同步,即第一副天线、第二副天线的多径环境是相关的,因此,将短基线的长度设置为大于B1波段的1倍波长且小于2倍波长时,能够使来源于相同反射面产生的多径信号在第一副天线、第二副天线形成的多径环境不相关。需要说明的是,本发明实施例所述的第一长基线和第二长基线具备特性如下:长基线的北斗定向精度较高,约1′;长基线安装在金属材料的载体上,在-40℃~70℃的工作环境中,金属载体以Al为例,估计其基线长度形变量为:23ppm/K×110K×10000mm=25.3mm可以看出,长基线测量定向精度较高,但是形变可达25.3mm,远低于RTK相对定位的精度(3mm),本发明实施所述的一个短基线具备特性如下:短基线的北斗定向精度较低,约30′;短基线安装在金属材料的载体上,同样的温差变换带来的形变量约为:23ppm/K×110K×300mm=0.76mm可以看出短基线的定向测量结果精度较低,但是形变较小,远远高于RTK相对定位的精度(3mm)。本发明实施例所述的天线阵列,通过两个长基线提高定位精度,通过短基线剔除长基线测量中的实时大误差,从而提高了定位的可靠性。综上,可以将提升测量精度和提升数据的可信度结合起来。可选,参照图2所示,主天线101、第一副天线102及第二副天线103呈一字型依次排列;或者参照图3所示,主天线101、第二副天线102及第一副天线103呈三角型依次排列。可选的,天线的安装载体为金属。可选的,主天线101连接主观测站,第一副天线102连接第一副观测站,第二副天线103连接第二副观测站;主观测站、第一副观测站以及第二副观测站与处理器连接,处理器用于识别多径干扰和定位。本本发明实施例提供了一种北斗天线阵列,该天线阵列通过两个长基线提高定位精度,通过短基线剔除长基线测量中的实时大误差,从而提高了定位的可靠性。实施例二为本发明实施例提供的一种基于北斗卫星的定位方法,参照图4所示,该方法包括:401、根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,计算当前时刻短基线的长度测量值。具体的,根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,获取当前时刻下确定主天线、第一副天线及第二副天线的空间坐标,其中,第一定位信号、第二定位信号、第三定位信号均由北斗卫星下发的;上述3个定位信号包括主天线、第一副天线以及第二副天线的空间坐标值;根据各天线的空间坐标计算短基线的长度,本发明实施例对具体的计算方式不加以限定;402、将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,若差值未超过预设阈值,则确定第一副天线、第二副天线均未受到多径干扰,执行步骤406,否则,执行步骤403。具体的,短基线的长度真实值是已知值,该已知值可以是在天线阵列安装时通过天线阵列初始安装时第一长基线、第二长基线及短基线的长度计算得到的,也可以是在天线阵列初始安装时通过光学测量设备测量得到的。403、判断第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值与第一夹角真实值之间的第一差值是否超过第一预设阈值,若是,则确定第一副天线受到多径干扰、第二副天线未受到多径干扰,执行步骤404,否则,执行步骤405。具体的,该第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值可以是通过主天线、第一副天线以及第二副天线的空间坐标值计算得出,本发明实施例对具体的计算方式不加以限定。值得注意的是,步骤402至403是实现将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别第一副天线、第二副天线是否受到多径干扰,除了所述步骤所述的过程之外,还可以通过其他方式实现该过程,本发明实施例对具体的方式不加以限定。另外,需要说明的是,因短基线的长度设置为大于北斗信号频点的载波频率的一个波长且低于两个波长时,第一副天线、第二副天线所接收到的卫星信号(含多径信号)的相位是相互独立的,不可能存在第一长基线、第二长基线的测量结果的偏移是同步的漂移的情形。404、第一副天线未受到多径干扰,获取第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息,并根据第一差分信息进行定位。具体的,本发明实施例对具体的定位方式不加以限定。405、第二副天线未受到多径干扰,获取第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据第二差分信息进行定位。具体的,本发明实施例对具体的定位方式不加以限定。406、第一副天线和第二副天线均未受到多径干扰,获取第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息与第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据第一差分信息和第二差分信息中的至少一个进行定位。具体的,本发明实施例对具体的定位方式不加以限定。值得注意的是,步骤404至步骤406是实现若第一副天线、第二副天线中的至少一个未受到多径干扰,则根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及第一定位信号,进行定位的过程,除了上述步骤所述的方式之外,还可以通过其他方式实现该过程,本发明实施例对具体的方式不加以限定。本本发明实施例提供了一种基于北斗卫星的定位方法,该方法通过将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别第一副天线、第二副天线是否受到多径干扰,利用两个长基线提高定位精度,短基线剔除长基线测量中的实时大误差,从而提高了定位的可靠性。实施例三为本发明实施例提供的一种电子设备,参照图5所示,电子设备与实施例一所述的天线阵列连接,电子设备包括存储器51以及与存储器51连接的处理器52,其中,存储器51用于存储一组程序代码,处理器52调用存储器51所存储的程序代码用于执行以下操作:根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,计算当前时刻短基线的长度测量值;将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别第一副天线、第二副天线是否受到多径干扰;若第一副天线、第二副天线中的至少一个未受到多径干扰,则根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及第一定位信号,进行定位。可选的,处理器52调用存储器51所存储的程序代码用于执行以下操作:若差值未超过预设阈值,则确定第一副天线、第二副天线均未受到多径干扰;若差值超过第一预设阈值,则判断第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值与第一夹角真实值之间的第一差值是否超过第一预设阈值,若超过,则确定第一副天线受到多径干扰、第二副天线未受到多径干扰,否则,确定第一副天线未受到多径干扰、第二副天线受到多径干扰。可选的,处理器52调用存储器51所存储的程序代码用于执行以下操作:第一副天线未受到多径干扰,获取第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息,并根据第一差分信息进行定位;第二副天线未受到多径干扰,获取第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据第二差分信息进行定位;第一副天线和第二副天线均未受到多径干扰,获取第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息与第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据第一差分信息和第二差分信息中的至少一个进行定位。本本发明实施例提供了一种电子设备,该电子设备通过将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别第一副天线、第二副天线是否受到多径干扰,利用两个长基线提高定位精度,短基线剔除长基线测量中的实时大误差,从而提高了定位的可靠性。实施例四为本发明实施例提供的一种基于北斗卫星的定位系统,参照图6所示,该系统包括:实施例一所述的北斗天线阵列,系统还包括:第一计算装置61,用于根据主天线接收到的第一定位信号、第一副天线接收到的第二定位信号、第二副天线接收到的第三定位信号,计算当前时刻短基线的长度测量值;第二计算装置62,用于将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别第一副天线、第二副天线是否受到多径干扰;定位装置63,用于在第一副天线、第二副天线中的至少一个未受到多径干扰时,根据未受到多径干扰的副天线接收到的定位信号以及第一定位信号,进行定位。可选的,第二计算装置62具体用于:若差值未超过预设阈值,则确定第一副天线、第二副天线均未受到多径干扰;若差值超过第一预设阈值,则判断第一长基线与短基线之间第一夹角的第一测量值与第一夹角真实值之间的第一差值是否超过第一预设阈值,若超过,则确定第一副天线受到多径干扰、第二副天线未受到多径干扰,否则,确定第一副天线未受到多径干扰、第二副天线受到多径干扰。可选的,定位装置63具体用于:第一副天线未受到多径干扰,获取第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息,并根据第一差分信息进行定位;第二副天线未受到多径干扰,获取第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据第二差分信息进行定位;第一副天线和第二副天线均未受到多径干扰,获取第一定位信号与第二定位信号之间的第一差分信息与第一定位信号与第三定位信号之间的第二差分信息,并根据第一差分信息和第二差分信息中的至少一个进行定位。本本发明实施例提供了一种基于北斗卫星的定位系统,该系统通过将长度测量值与短基线的长度真实值之间的差值和预设阈值进行比较,并根据比较结果识别第一副天线、第二副天线是否受到多径干扰,利用两个长基线提高定位精度,短基线剔除长基线测量中的实时大误差,从而提高了定位的可靠性。上述所有可选技术方案,可以采用任意结合形成本发明的可选实施例,在此不再一一赘述。另外,本发明实施例所述的“第一”、“第二”和“第三”仅仅是示例性的,是为了区分三者的不同,此处并非特征。需要说明的是:上述实施例提供的北斗天线阵列以及基于北斗卫星的定位系统在执行基于北斗卫星的定位方法时,仅以上述各功能模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成,即将基于北斗卫星的定位系统的内部结构划分成不同的功能模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。另外,上述实施例提供的北斗天线阵列、基于北斗卫星的定位系统与一种基于北斗卫星的定位方法施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,这里不再赘述。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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