一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种天线跟踪方法，特别是设及一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方 法。
【背景技术】
[0002] 现有的用来获取倾角（Roll和Pitch)和航向（Yaw)信息的几种低成本传感器中。 对于倾角测量，包括W下几类：第一个是倾角仪，倾角仪的输出与倾角成正比（根据重力 场），但该种传感器响应较慢且易受震动的影响，因此不能在倾斜角估计中单独使用。第二 个是速率巧螺传感器，巧螺测量旋转角速率。为了获得角度信息，需要对传感器信号进行积 分。因此，即使小的速率误差也能导致估计角的漂移。第=个是加速度计，加速度计的问题 在于受到机动加速度的影响，只有在无机动加速度的情况下才能进行倾角估计。
[0003] 对于航向测量，我们也可W通过积分巧螺信号，但同样会存在漂移问题。另一个传 感器是磁强计，它通过测量地磁场来获取航向。虽然传感器本身非常精确和小巧，但由于受 到磁场干扰的影响，仍然会存在较大误差。
[0004] 针对MEMS惯性姿态系统在功能上和精度上的诸多不足，通常采用融合方法来将 多个传感器取长补短。先用加速度计输出的加速度信息和磁强计输出磁场强度信息计算的 姿态角，用该姿态角作为量测值来补偿巧螺的漂移，该种算法即可W保证定姿的精度，又可 W由巧螺保证系统具有较高的动态性和稳定性。在该种工作方式下，采用巧螺、加速度计和 磁强计组合通过卡尔曼滤波确定载体的姿态，依靠重力向量和地磁向量为参考信息修正了 巧螺积分后的角度漂移，提高航姿系统的精度。但利用磁强计数据决定航向角存在磁场干 扰。当传感器处于无磁场干扰的空旷区域时，地磁场没有受到干扰，此时的航向角是正确 的。实际上，磁强计是安装在车体上，其中车体平台、车上元件如发动机、电缆等会产生电磁 场干扰。另外，外部物体如经过的车，建筑物、高压电线、大的金属物等也会产生电磁干扰。 该些干扰会扰乱、弯曲地磁场，最终导致航向角误差。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决现有动中通天线容易受到干扰，测量不准确的技术问题。
[0006] 本发明提供一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方法，括W下步骤：
[0007] (1)利用MEMSS轴巧螺敏感载体运动的角速度信号《b，利用MEMS加速度计敏感 载体坐标系中的加速度fb，利用跟踪信息得到的航向角误差角，并将信号送至控制器；
[000引 （2)由所述控制器建立状态方程：
[0009] 乂 = /(义）+w(〇
[0010] 该状态方程中，X为状态变量，系统噪声W为随机独立的零均值高斯白噪声序列， 即W~N(0,曲；
[0011] 状态变量X为；
[0012]
[001 引其中，q= [q0 屯Q3]嗦示姿态四元素，《bias=[Wr_biasWp_biasWy_bias]嗦示 为巧螺零偏估计误差；
[0014] (3)定义系统状态转移矩阵为；
【主权项】
1. 一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方法，其特征是包括以下步骤： (1) 利用MEMS三轴陀螺敏感载体运动的角速度信号Ub，利用MEMS加速度计敏感载体 坐标系中的加速度f b，利用跟踪信息得到的航向角误差角，并将信号送至控制器； (2) 由所述控制器建立状态方程： X = f(X) + w(t) 该状态方程中，X为状态变量，系统噪声W为随机独立的零均值高斯白噪声序列，即W~ N(0, Q); 状态变量X为：
其中，q= [q。qi q2 q3]T表示姿态四元素，ω bias= [ω r_bias Up bias Wy_bi Jt表示为陀 螺零偏估计误差； (3) 定义系统状态转移矩阵为：
由控制器建立观测方程： Z = h(X)+v，该观测方程中，Ζ=[Φ θ φ]τ为量测变量，量测噪声V为随机独立的零 均值高斯白噪声序列，即V~N(0, R); 进步一计算得出系统量测转移矩阵为：
将观测量相应分为两部分：一部分是利用MEMS三轴加速度计敏感的重力分量求解姿 态角，另一部分用跟踪信息的得到的航向角误差与陀螺进行PI校正后估算出航向角信息， 分别对应两个不同计算周期的量测转移矩阵氏和H 2; 量测转移矩阵H1的过程如下： MEMS三轴加速度计测得的是载体所受的比力f，设惯性测量组件中消噪后的加表测量 值为fx，fy，fz，当载体处于静止和准静态时，由于载体速度较低，可以忽略哥氏加速度及其 他干扰加速度的影响，在导航坐标系为"北东地"，载体坐标系为"前右下"情况下，可由加表 的测量值按照下式得到载体的姿态角； Φ = -atari (fy/fz),
量测转移矩阵H2的过程如下： 采用跟踪信息来定期校正系统的航向，跟踪信息经过处理后可以得到天线波束的指向 偏差角，通过变换后可得到航向角误差；航向角误差经过一个PI控制器后去校正陀螺值 ?bz，将校正后的陀螺值积分后可得到航向角Φ ;其中，控制器的增益，KjPKi与截止频率 ω和阻尼?相关： 尺P 二 2押，Ki= ω 2 将航向角Φ也作为卡尔曼的量测变量，可得到量测转移矩阵：
(4) 载体运动状态判别； 将加速度值转变到导航坐标系，根据下面规则判断： If(|anx| > 5x)|(|any| > 5y)|(|anz_g| > δζ)，认定存在外部加速度，式中，am、any和 anz为导航坐标系下的加速度值； 当载体存在外部加速度时，通过调整量测协方差矩阵R来改变滤波器增益，此时，测协 方差矩阵为：
2.根据权利要求1所述的动中通天线低成本跟踪抗干扰方法，其特征是，滤波器的设 计是： (1)计算卡尔曼增益值：
(5) 估测误差矩阵：
其中，当跟踪信息无效时，量测矩阵为H1，测量值对应于Z1，测量估计值为?，当 跟踪信息有效时，量测矩阵为H2，测量值对应于Z2，测量估计值为\(；^)。
【专利摘要】本发明涉及一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方法，其解决了现有动中通天线容易受到干扰，测量不准确的技术问题。其采用了卡尔曼滤波器来融合各类信息，采用加速度计信息来估计载体姿态，利用跟踪与陀螺信息P工校正得到航向信息，并根据载体的运动情况调整滤波器的量测噪声方差阵。本发明适用于车载、机载、船载等移动载体中的天线跟。
【IPC分类】G01C21-10, H01Q3-02
【公开号】CN104880189
【申请号】CN201510237874
【发明人】彭万峰, 李英杰
【申请人】西安克拉克通信科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月12日