利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法与流程

技术特征：

1.利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在载体上安装GNSS双天线定向测姿装置，所述双天线定向测姿装置包括GNSS双天线、接收机、电动导轨、滑块、步进电机、运动控制器，所述GNSS双天线包括天线a和天线b，天线a和电动导轨设于载体上，天线b通过滑块固设于电动导轨上，调节天线a和天线b高度使之与电动导轨平面平行，运动控制器与天线b连接，通过运动控制器使天线b在电动导轨上运动；

步骤二、通过通讯数据线连接双天线定向测姿装置和计算机，实时接收GNSS载波、伪距和多普勒数据；

步骤三、用GNSS单点定位实时获得载体位置[B(t)，L(t)，H(t)]；以GNSS天线a或者天线b的位置表示载体位置，可采用伪距单点定位或精密单点定位求解载体空间直角坐标，进而由空间直角坐标与大地坐标转换公式实时计算载体大地坐标；

步骤四、利用多普勒观测值实时获得GNSS天线速度

记天线a、b和第j号卫星t时刻的多普勒观测值分别为和设固定在载体上天线a的速度为安装在导轨上的天线b的速度为则GNSS天线速度方程如下：

式中，表示t时刻卫星j的多普勒频移观测值；为伪距变化率；为天线a钟差变化率；为卫星j的钟差变化率；为卫星j与天线a相对论效应变化率；C为光速；为其他观测值噪声变化率等；

忽略GNSS天线标记，当同步观测n颗卫星(大于四颗)，写成矩阵形式并由最小二乘估计可得GNSS天线速度估计公式：

式中，

式中，为t时刻天线近似位置至卫星j方向上的方向余弦，(x0，ｙ0，z0)表示天线近似三维坐标，(X^j，Y^j，Z^j)为卫星j坐标，表示天线到卫星j的近似距离，表示卫星j的速度，表示GNSS天线的速度，表示多普勒观测值的权阵；

步骤五、GNSS天线站心系速度换算；

天线a安装在载体上，则天线a速度即为载体速度；而天线b是通过滑块固连在导轨上，则天线b速度是载体速度和相对导轨速度的合成。将天线b导轨速度记为则为将天线a速度和天线b轨速换算到站心系速度，需分别采用如下公式：

式中，Na(t)，Ea(t)，Ua(t)分别表示天线a在站心系下三个方向速度；Norb(t)，Eorb(t)，Uorb(t)分别表示天线b导轨在站心系下三个方向速度；

或者

步骤六、动态载体三维姿态实时估计；

根据天线a载体的站心速度和天线b导轨的站心系速度可构建载体姿态矩阵，为姿态矩阵第一列向量，为姿态矩阵第二列向量，姿态矩阵第二列向量与第一列向量叉乘作为姿态矩阵第三列向量，从而得到动态载体的三维姿态估计公式：

式中，×表示向量外积，右箭头上标表示列向量单位化，θ为横滚角，h为俯仰角，α为方位角。

2.根据权利要求1所述的利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，其特征在于，步骤一所述的电动导轨为直线往返式电动导轨且载体静止状态时，则步骤六所述的动态载体三维测姿退化为静态载体或导轨二维测姿即定向；

当载体静止时，GNSS天线a即载体速度为零此时天线b的站心系合成速度与导轨速度相等因此，此时仅由单个天线b多普勒测速可实现静态载体定向，利用方向估计理论可得出载体或导轨方位角αorb和俯仰角horb：

式中，天线b在导轨往、返运动时，分别取sign(t)＝1和sign(t)＝-1。

3.根据权利要求1所述的利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，其特征在于，步骤一所述的电动导轨为圆弧旋转式电动导轨且载体静止状态时，则步骤六所述的动态载体三维测姿退化为静态载体或导轨二维测姿即定向；

当载体静止时，GNSS天线a载体速度为零此时天线b站心系合成速度与导轨速度相等因此，此时仅由单个天线b多普勒测速可实现静态载体定向，利用方向估计理论可得出载体或导轨方位角αorb和俯仰角horb：

式中，ωorb(t)＝uorb(t)×uorb(t+1)，ωorb，1(t)，ωorb，2(t)，ωorb，3(t)分别表示ωorb(t)的第1、2、3分量。

4.根据权利要求1所述的利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，其特征在于，当滑块为精密数控滑块，可精确设置滑块相对导轨速率时，则步骤二所述的实时接收GNSS载波、伪距和多普勒数据，还需接收滑块导轨速率数据，进而第四步所述的天线a、b速度需要采用如下附约束参数估计模型：

式中，vorb(t)表示设置的精密数控滑块相对导轨速率。

5.根据权利要求1所述的利用GNSS测速原理的双天线定向测姿的方法，其特征在于，步骤一所述的GNSS双天线可以采用独立时钟双天线或者共时钟双天线技术，步骤四所述的多普勒观测值可以采用原始多普勒观测值或者导出多普勒观测值，步骤一至步骤六所述的GNSS可采用GPS、GALILEO、GLONSS、BDS或者组合技术。